JP2013251355A - 圧電体膜素子の製造方法、圧電体膜素子、及び圧電体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】非鉛の圧電体膜をドライエッチングにより微細加工した場合でも、圧電体膜の絶縁性の劣化を抑えることができる圧電体膜素子の製造方法、圧電体膜素子、及び圧電体デバイスを提供する。
【解決手段】圧電体膜素子１の製造方法は、基板２上にペロブスカイト構造を有する非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物からなる圧電体膜５を形成し、圧電体膜５に対して反応性ガスを含む雰囲気中で電子温度が２．５ｅＶ以下のプラズマを用いて反応性イオンエッチングを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電体膜素子の製造方法、圧電体膜素子、及び圧電体デバイスに関する。

圧電体は、種々な目的に応じて様々な圧電体膜素子に加工され、特に電圧を加えて変形を生じさせるアクチュエータや、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（Ｚｒ_１−ｘＴｉ_ｘ）Ｏ_３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いる。

一方、近年、各種電子部品の小型化かつ高性能化が進むにつれ、圧電体膜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ている。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体材料は、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する。それらの問題を回避するため、焼結法に代わる成膜技術等を応用した圧電体の形成方法が研究されるようになっている。

このような圧電体の形成方法として、ＲＦスパッタリング法で形成したＰＺＴ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１参照）。また、鉛を用いないニオブ酸リチウムカリウムナトリウム（（Ｎａ_ｘＫ_ｙＬｉ_ｚ）ＮｂＯ_３）で構成される圧電体膜（ニオブ酸薄膜）を用いた圧電体膜素子も提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

このニオブ酸薄膜は、難加工性の材料であるが、本件発明者等によって、ＡｒガスとＣＨＦ_３などの反応性ガスとの混合ガスを用いた反応性ドライエッチングにより、非鉛のニオブ酸カリウムナトリウム（（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３）からなる圧電体膜（以下、「ＫＮＮ膜」という）を加工でき、かつ、Ｐｔからなる下部電極に対してエッチング選択比が得られる加工方法が提案され、ＫＮＮ膜の微細加工が実現されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開平１０−２８６９５３号公報 特開２００７−１９３０２号公報

堀切ら、「(K,Na)NbO3圧電薄膜の微細加工特性」、第71回応用物理学会学術講演会 講演予稿集、16p-NJ-10（2010）

しかし、従来の反応性ドライエッチングによると、エッチング条件によってはＫＮＮ膜の絶縁性が劣化し、デバイスとして使用できないという問題がある。

したがって、本発明の目的は、非鉛の圧電体膜をドライエッチングにより微細加工した場合でも、圧電体膜の絶縁性の劣化を抑えることができる圧電体膜素子の製造方法、圧電体膜素子、及び圧電体デバイスを提供する。

本発明は、上記目的を達成するため、以下の圧電体膜素子の製造方法、圧電体膜素子、及び圧電体デバイスを提供する。

［１］基板上に、ペロブスカイト構造を有する非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物からなる圧電体膜を形成し、前記圧電体膜に対して反応性ガスを含む雰囲気中で電子温度が２．５ｅＶ以下のプラズマを用いて反応性イオンエッチングを行う圧電体膜素子の製造方法。
［２］前記反応性イオンエッチングで用いる前記反応性ガスは、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８及びＣ_３Ｆ_７Ｉのいずれかから選択されるフッ素系反応性ガスの１種若しくは２種類以上とＡｒとを混合したガス、又は前記フッ素系反応性ガスを２種類以上混合したガスである前記［１］に記載の圧電体膜素子の製造方法。
［３］前記圧電体膜の形成は、前記基板上に（１１１）に配向したＰｔを含む金属からなる下部電極を形成し、前記下部電極上に前記圧電体膜を形成する工程を含む前記［１］又は［２］のいずれかに記載の圧電体膜素子の製造方法。
［４］前記圧電体膜は、結晶構造が擬立方晶であり、かつ（００１）面方位に優先配向されている前記［１］乃至［３］のいずれかに記載の圧電体膜素子の製造方法。
［５］前記アルカリニオブ酸化物系化合物は、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３で表され、ｘを０．４２５≦ｘ≦０．７３０の範囲とする前記［１］乃至［４］のいずれかに記載の圧電体膜素子の製造方法。

［６］基板上に、密着層、下部電極及びペロブスカイト構造を有する非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物からなる圧電体膜を順次積層してなる圧電体膜素子において、前記圧電体膜の膜厚が４μｍ以下であるとともに、前記圧電体膜素子の誘電損失が０．１５以下であることを特徴とする圧電体膜素子。
［７］前記［６］に記載の圧電体膜素子と、前記圧電体膜上に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極に接続された電圧印加手段又は電圧検知手段とを備えた圧電体デバイス。

本発明によれば、非鉛の圧電体膜をドライエッチングにより微細加工した場合でも、圧電体膜の絶縁性の劣化を抑えることができる圧電体膜素子の製造方法、圧電体膜素子、及び圧電体デバイスを提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電体膜素子の概略の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の第２の実施の形態に係る圧電体デバイスの概略の構成を示す断面図である。 図３は、実施例１に係るＫＮＮ膜の断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 図４は、実施例１に係るＫＮＮ膜のＰ−Ｅヒステリシス特性を示すグラフである。 図５は、比較例１に係るＫＮＮ膜の断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。 図６は、比較例１に係るＫＮＮ膜のＰ−Ｅヒステリシス特性を示すグラフである。 図７は、プラズマ中の電子温度とエッチング後のＫＮＮ膜の誘電損失ｔａｎδとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付してその重複した説明を省略する。

［実施の形態の要約］
本実施の形態は、基板上に、ペロブスカイト構造を有する非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物からなる圧電体膜を形成し、前記圧電体膜に対して反応性イオンエッチングを行う圧電体膜素子の製造方法において、前記反応性イオンエッチングは、前記圧電体膜に対して反応性ガスを含む雰囲気中で電子温度が２．５ｅＶ値以下のプラズマを用いて行うことを特徴とする。

従来のドライエッチングでは、高いプラズマ電位により加速された高エネルギーイオンを圧電体膜に入射してエッチングしていたため、エッチングの際のイオン衝撃による圧電体膜のダメージが無視できなかった。このエッチングの際のダメージにより圧電体膜の絶縁性が低下していた。

そこで本発明においては、プラズマ電位が電子温度に比例する、という点に着目し、反応性イオンエッチングを行う際の反応性ガスを含む雰囲気中での電子温度が２．５ｅＶ以下のプラズマであることで、プラズマ電位も低下するため、圧電体膜に入射されるイオンエネルギーが低くなり、エッチングによる圧電体膜のダメージが少なく、絶縁性の劣化が抑制される。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電体膜素子の概略の構成を示す断面図である。

この圧電体膜素子１は、基板２と、基板２上に形成された密着層３と、密着層３上に形成された下部電極４と、下部電極４上にドライエッチングによって所定のパターンに形成された圧電体膜５とを備える。

基板２としては、例えばＳｉ基板、ＭｇＯ基板、ＳｒＴｉＯ_３基板、ＳｒＲｕＯ_３基板、ガラス基板、石英ガラス基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板、サファイア基板、Ｇｅ基板、ステンレス等からなる金属基板等を用いることができる。本実施の形態では、低価格で工業的に実績のあるＳｉ基板を用いる。また、熱酸化膜付き（００１）面Ｓｉ基板を用いることができ、異なる面方位のＳｉ基板や、熱酸化膜無しのＳｉ基板、ＳＯＩ基板でもよい。

密着層３は、基板２と下部電極４との密着性を高めると共に、下部電極４を所定の配向性とするためのものであり、Ｔｉ、Ｔａ等を用いることができる。なお、本実施の形態では、密着層３にＴｉを用いるが、密着層なしでも下部電極４の面方位を制御することにより、同様の効果が得られる。

下部電極４は、Ｐｔ若しくはＰｔを主成分とする合金からなる電極層、又はＰｔ膜とＰｔを主成分とする合金膜を積層した電極層を用いることができる。本実施の形態では、（１１１）に配向したＰｔからなる下部電極４を用いる。下部電極４を（１１１）に配向させることで、その上に形成される圧電体膜５を（００１）に優先配向させることができる。

圧電体膜５は、ペロブスカイト構造を有する非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物からなる。アルカリニオブ酸化物系化合物としては、例えば、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ)ＮｂＯ_３（０＜ｘ＜１）で表されるニオブ酸カリウムナトリウム（以下、「ＫＮＮ」という。）や、これに５％以下のＬｉ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｔｉ等を添加したものを用いることができる。また、圧電体膜５は、結晶構造が擬立方晶であり、かつ（００１）面方位に優先配向されているペロブスカイト構造が好ましい。なお、本実施の形態では、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ)ＮｂＯ_３で表され、ｘを０．４２５≦ｘ≦０．７３０の範囲とし、他の元素を添加していないＫＮＮを用いる。また、本明細書では、ＫＮＮから形成された膜を「ＫＮＮ膜」という。

（圧電体膜素子の製造方法）
次に、上記圧電体膜素子１の製造方法の一例について説明する。

（１）基板の準備
基板２として、（１００）面方位、厚さ０．５２５ｍｍ、熱酸化膜厚さ２０５ｎｍ、直径４インチの熱酸化膜付きＳｉ基板を準備する。

（２）密着層、下部電極の形成
次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により、基板２上にＴｉからなる厚さ２．３ｎｍの密着層３を形成し、密着層３上に（１１１）配向のＰｔからなる厚さ２１２ｎｍの下部電極４を形成する。密着層３と下部電極４は、基板温度１００〜３５０℃、放電パワー３００Ｗ、導入ガスＡｒ、Ａｒ雰囲気の圧力２．５Ｐａ、成膜時間は、密着層３では１〜３分、下部電極４では１０分の条件で成膜する。

（３）圧電体膜の形成
次に、下部電極４上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ)ＮｂＯ_３からなる圧電体膜（ＫＮＮ膜）５を形成する。以下、圧電体膜５の形成後の基板を「ＫＮＮ膜付き基板」ともいう。

圧電体膜５は、ｘが０．４２５≦ｘ≦０．７３０の範囲の（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３焼結体をターゲットに用い、基板温度を５２０℃、放電パワーを７００Ｗ、Ｏ_２／Ａｒ混合比を０．００５、チャンバー内の圧力を１．３Ｐａの条件で成膜する。圧電体膜５のスパッタ成膜時間は膜厚がほぼ２μｍになるような時間とする。

（４）マスクパターンの形成
次に、ＫＮＮ膜付き基板上にマスクとしてＣｒマスクパターンを形成する。なお、マスクとしてＣｒの他に、Ｔａ、Ｗ又はＴｉを用いても同様の微細加工を施すことができる。また、マスクとして、Ｃｒ、Ｔａ、Ｗ及びＴｉのいずれかからなる積層体を用いても同様の微細加工を施すことができる。

（５）ドライエッチング
次に、Ｃｒマスクパターンをマスクとして用い、ＫＮＮ膜付き基板の圧電体膜５を反応性イオンエッチングによる微細加工を行う。

反応性イオンドライエッチングは、圧電体膜５の絶縁性の劣化を抑制するため、電子温度は２．５ｅＶ以下が好ましい。この値の意義については、後述する。また、反応性イオンドライエッチングには、ＮＬＤ−ＲＩＥ（Magnetic Neutral Loop. Discharge−Reactive Ion Etching：磁気中性線放電反応性イオンエッチング）装置を用い、反応性ガスを用いる。なお、反応性ガスとしてＣ_４Ｆ_８、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、ＳＦ_６、Ｃ_３Ｆ_７Ｉのいずれかから選択されるフッ素系反応性ガスの１種若しくは２種類以上とＡｒを混合したガス、又は前述のフッ素系反応性ガスを２種類以上混合したガスを用いても同様の効果が得られる。また、Ａｒの他に微量のＮ_２若しくはＯ_２、Ｈｅ、Ｃｌ、ＢＣｌなどの不活性ガス、又は塩素系反応性ガスを加えても同様の効果が期待できる。

（第１の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）電子温度が２．５ｅＶ以下のプラズマを用いてエッチングを行っているので、ＫＮ膜の絶縁性の劣化を抑制することができる。本形態による圧電体膜素子のＫＮＮ膜の誘電損失（ｔａｎδ）は０．１程度まで小さくすることが可能である。ｔａｎδが大きい場合、圧電体膜素子を駆動させた際に発熱するため、ｔａｎδは小さくすることが好ましく、０．１程度、実用的には０．１５以下にすることがより好ましい。なお、圧電体膜を薄膜形成した場合は、バルク材料で圧電体膜を形成した場合に比べてｔａｎδが大きくなる傾向がある。
（ｂ）ＫＮＮ膜をフッ素系反応性ガスを含む雰囲気中でドライエッチングを行っているので、ＫＮＮ膜を短時間で微細加工することができる。

［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る圧電体デバイスの概略の構成を示す断面図である。本実施の形態は、第１の実施の形態の圧電体膜素子１を可変容量キャパシタに適用した場合を示す。

この圧電体デバイス１０は、デバイス基板１１と、デバイス基板１１上に形成された絶縁層１２と、絶縁層１２上に形成され、第１の実施の形態と同様の圧電体膜素子１とを備える。デバイス基板１１及び絶縁層１２は、圧電体膜素子１の一方の端部を支持する支持部材として機能する。

圧電体膜素子１は、第１の実施の形態と同様に、基板２上に、密着層３、下部電極４及び圧電体膜５が形成されている。本実施の形態の場合、圧電体膜素子１の圧電体膜５上に上部電極１７が形成されている。また、上部キャパシタ電極１６は、圧電体膜素子１の基板２の突出した部分に設けられている。

デバイス基板１１上の上部キャパシタ電極１６の下に空隙１３を介して下部キャパシタ電極１４を形成し、下部キャパシタ電極１４の表面にＳｉＮ等からなる絶縁層１５を形成している。

そして、上部電極１７及び下部電極４に、上部電極１７及び下部電極４に接続された電圧印加手段からそれぞれボンディングワイヤ１８Ａ、１８Ｂを介して電圧を印加すると、圧電体膜素子１の先端が変位し、これに伴って上部キャパシタ電極１６が上下方向に変位する。上部キャパシタ電極１６の変位によって上部キャパシタ電極１６と下部キャパシタ電極１４との間の静電容量が変化し、本圧電体デバイス１０は可変キャパシタとして動作する。

（第２の実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、第１の実施の形態によるＫＮＮ膜の微細加工方法を用いることにより、ＫＮＮ膜の絶縁性が高く十分な圧電特性を発揮することができる圧電体デバイスを提供することができる。また、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。

なお、上記第２の実施の形態では、アクチュエータとして可変キャパシタについて説明したが、第１の実施の形態の圧電体膜素子は、他のアクチュエータや、センサ、フィルタデバイス、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス等の圧電体デバイスに適用することができる。他のアクチュエータとしては、インクジェットプリンタ用ヘッド、スキャナ、超音波発生装置等がある。また、センサとしては、ジャイロセンサ、超音波センサ、圧力センサ、速度・加速度センサ等がある。なお、圧電体デバイスをセンサとして用いる場合は、上部電極１７及び下部電極４に電圧検知手段を接続する。

（実施例１）
次に、本発明の実施例１について説明する。実施例１は、ＮＬＤ−ＲＩＥ装置を用い、反応性ガスとしてＡｒとＣ_４Ｆ_８の混合ガスを用いた。ドライエッチング条件は、アンテナパワー８００Ｗ、バイアスパワー２５０Ｗ、チャンバー内圧力０．１５Ｐａ、ガス流量Ａｒ（５０ｓｃｃｍ）、Ｃ_４Ｆ_８（２．５ｓｃｃｍ）、エッチング時間２５分間を第１段階とし、これに続いてアンテナパワー４００Ｗ、バイアスパワー２５０Ｗ、チャンバー内圧力０．１５Ｐａ、ガス流量Ｃ_４Ｆ_８（２０ｓｃｃｍ）、エッチング時間１０分間を第２段階とした。

（電子温度）
Scientific Systems社製のプラズマ診断用ラングミュアプローブを用いてプラズマ中の電子温度を測定した。測定はＫＮＮ膜からなるダミーウエハを用いた。このダミーウエハの中心から外周方向に２０ｍｍ、ダミーウエハの表面から上方に３８ｍｍの位置を測定位置とした。プラズマ中の電子温度の測定結果は、約２ｅＶであった。

（選択比）
図３は、実施例１に係るＫＮＮ膜の断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図３から、ＮＬＤ−ＲＩＥ装置を用いた場合でも、Ｐｔの下部電極４に対するＫＮＮの圧電体膜５の高い選択比が得られることが分かる。

（Ｐ−Ｅヒステリシス特性）
上記ドライエッチング後に、第二硝酸セリウムアンモンなどのＣｒエッチング液を用いて残留するＣｒマクスを除去し、ＫＮＮ膜上に評価用の直径５００μｍのＰｔからなる上部電極をスパッタ法により形成し、これについてＰ−Ｅヒステリシス特性を調べた。

Ｐ−Ｅヒステリシス測定においては、試料に対して電圧を掃引し、流れた電流から試料に蓄えられた電荷を求め、分極量を計算している。Ｐ−Ｅヒステリシス曲線は、上記の測定により求められた、電界値における分極量を示している。そのため、電流リークがなく、絶縁性が良好な試料であれば、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線は、ループが閉じたような曲線を示すことになる。一方、電流リークが大きく、絶縁性が悪い試料であると、Ｐ−Ｅヒステリシス曲線は、ループが閉じたような曲線を示さない。そのため本実施例においては、ＫＮＮ膜の絶縁性の良否をＰ−Ｅヒステリシス曲線を用いて評価する。

図４は、実施例１に係るＫＮＮ膜のＰ−Ｅヒステリシス特性を示すグラフである。図４において、縦軸は分極（Polarization）、横軸は電界（Electric field）を示す。図４に示すＰ−Ｅヒステリシス曲線は、ループが閉じていることから、絶縁性が劣化していないことが分かる。

一般的にＮＬＤ−ＲＩＥは、後述するＩＣＰ−ＲＩＥと比べて高プラズマ密度及び低電子温度となる。ＮＬＤ−ＲＩＥ（磁気中性線放電反応性イオンエッチング）装置は、装置内の真空中に磁場０の磁気中性線（Magnetic Neutral Loop:NL）が形成され、このＮＬ付近に電子が集まり、放電される。また、ＮＬＤ−ＲＩＥはこの磁場による閉じ込め効果があるので、低圧状態でも電子密度が減少しないため、電子温度も上昇しない、という特徴がある。そのため、プラズマ電位も低くなり、圧電体膜のダメージを少なくし、絶縁性の劣化を抑制しながらＫＮＮ膜を加工することが可能と考えられる。

［比較例１］
次に、比較例１について説明する。比較例１は、反応性イオンエッチングとしてＩＣＰ−ＲＩＥ（Inductive Coupled Plasma−Reactive Ion Etching：誘導結合反応性イオンエッチング）装置を用い、反応性ガスとしてＡｒとＣ_４Ｆ_８の混合ガスを用いたものである。ドライエッチング条件は、アンテナパワー８００Ｗ、バイアスパワー５０Ｗ、チャンバー内圧力０．５Ｐａ、ガス流量Ａｒ（５０ｓｃｃｍ）、Ｃ_４Ｆ_８（５ｓｃｃｍ）、エッチング時間２５分間とした。

（電子温度）
プラズマ中の電子温度は、実施例１と同様に測定した結果、約４ｅＶであった。

（選択比）
図５は、比較例１に係るＫＮＮ膜の断面を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図５から、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いた場合でも、Ｐｔの下部電極４に対するＫＮＮ膜の圧電体膜５の高い選択比が得られていることが分かる。

（Ｐ−Ｅヒステリシス特性）
図６は、比較例１に係るＫＮＮ膜のＰ−Ｅヒステリシス特性を示すグラフである。図６において、縦軸は分極（Polarization）、横軸は電界（Electric field）を示す。図６に示すＰ−Ｅヒステリシス曲線は、ループが閉じていないことから、ＫＮＮ膜の絶縁性が劣化していることが分かる。

［実施例２〜５、比較例２〜５］
実施例２〜５、比較例２〜５について、エッチングのアンテナパワー及びバイアスパワーを変えてエッチングを行い、エッチング後のＫＮＮ膜についてＰ−Ｅヒステリシス測定を行い、絶縁性を評価した。
実施例２〜５については、実施例１同様、Ｐ−Ｅヒステリシス測定の推移を表すＰ−Ｅヒステリシス曲線はループが閉じた状態となるように推移しており、絶縁性が劣化していないことが確認された。一方、比較例２〜５のＰ−Ｅヒステリシス曲線は、ループが閉じない状態に推移しており、エッチングによりＫＮＮ膜の絶縁性が劣化したと考えられる。
また、実施例１〜５、比較例１〜５のＫＮＮ膜の誘電損失（ｔａｎδ）を測定し、各実施例、比較例のエッチング時のプラズマ中の電子温度とエッチング後のＫＮＮ膜の誘電損失（ｔａｎδ）の関係を図７に示す。

（電子温度）
実施例２〜５の電子温度は、図７に示すように、それぞれ１．５ｅＶ、１．９ｅＶ、
２．３ｅＶ、２．４ｅＶであった。また、比較例２〜５の電子温度は、図７に示すように、それぞれ３．０ｅＶ、４．１ｅＶ、４．２ｅＶ、４．４ｅＶであった。

（誘電損失）
実施例２〜５の誘電損失は、図７に示すように、それぞれ０．０８、０．１１、０．１２、０．１５であった。また、比較例２〜５の誘電損失は、図７に示すように、それぞれ０．６５、０．８４、０．８２、０．９８であった。

エッチング条件によっては、エッチング速度やＰｔに対する選択比が十分でなく実用的な条件ではないものも含まれるが、低い電子温度のプラズマほどエッチング後のｔａｎδが低いこと、つまり、ＫＮＮ膜の絶縁性の劣化が小さいことが分かる。このため、ＫＮＮ膜を絶縁性の劣化を抑えながら加工するためには、低電子温度のプラズマによるドライエッチングが望ましい。具体的には、プラズマの電子温度が２．５ｅＶ以下であれば、デバイス上許容される、ｔａｎδを０．１５以下に抑え、圧電体膜の絶縁性劣化を抑制できる。

上述したように、ＮＬＤ−ＲＩＥにおいて、ＫＮＮ膜のエッチング速度およびＰｔの下部電極に対する選択比が得られる範囲でアンテナパワーやバイアスパワーを変化させ実験を行ったところ、プラズマ中の電子温度を２．５ｅＶ以下とすることで、エッチングによるＫＮＮ膜の絶縁性の劣化を抑制できることが確認できた。

なお、本発明は、上記実施の形態及び上記実施例に限定されず、発明の要旨を変更しない範囲で種々に変形実施が可能である。例えば、上記実施の形態及び上記実施例では、反応性イオンエッチングとして、ＮＬＤ−ＲＩＥについて説明したが、ＩＣＰ−ＲＩＥでも、エッチング条件を制御することにより、プラズマ中の電子温度を低くしてエッチングによるＫＮＮ膜の絶縁性の劣化を抑制することができる。ただし、ＩＣＰ−ＲＩＥを用いて低電子温度を実現する場合は、チャンバー内圧力を高くする必要があり、これによりエッチング速度が低下することが考えられる。また、エッチング残渣の試料への再付着に留意する必要がある。また、表面波プラズマを用いたＳＷＰ（Surface Wave Plasma）型ＲＩＥやヘリコン波励起プラズマを用いたＨＷＰ（helicon wave excited plasma）型ＲＩＥを用いた場合でも、プラズマ中の電子温度が低ければエッチングによるＫＮＮ膜の絶縁性の劣化を抑制することができる。

また、上述した製造方法は、本発明の要旨を変更しない範囲内で工程の削除、追加、変更、入替等を行ってもよい。

１…圧電体膜素子、２…基板、３…密着層、４…下部電極、５…圧電体膜、
１０…圧電体デバイス、１１…デバイス基板、１２…絶縁層、１３…空隙、
１４…下部キャパシタ電極、１５…絶縁層、１６…上部キャパシタ電極、
１７…上部電極、１８Ａ、１８Ｂ…ボンディングワイヤ

Claims (7)

1. 基板上に、ペロブスカイト構造を有する非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物からなる圧電体膜を形成し、
   前記圧電体膜に対して反応性ガスを含む雰囲気中で電子温度が２．５ｅＶ以下のプラズマを用いて反応性イオンエッチングを行う圧電体膜素子の製造方法。
2. 前記反応性イオンエッチングで用いる前記反応性ガスは、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８及びＣ_３Ｆ_７Ｉのいずれかから選択されるフッ素系反応性ガスの１種若しくは２種類以上とＡｒとを混合したガス、又は前記フッ素系反応性ガスを２種類以上混合したガスである請求項１に記載の圧電体膜素子の製造方法。
3. 前記圧電体膜の形成は、前記基板上に（１１１）に配向したＰｔを含む金属からなる下部電極を形成し、前記下部電極上に前記圧電体膜を形成する工程を含む請求項１又は２に記載の圧電体膜素子の製造方法。
4. 前記圧電体膜は、結晶構造が擬立方晶であり、かつ（００１）面方位に優先配向されている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の圧電体膜素子の製造方法。
5. 前記アルカリニオブ酸化物系化合物は、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３で表され、ｘを０．４２５≦ｘ≦０．７３０の範囲とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電体膜素子の製造方法。
6. 基板上に、密着層、下部電極及ペロブスカイト構造を有する非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物からなる圧電体膜を順次積層してなる圧電体膜素子において、
   前記圧電体膜の膜厚が４μｍ以下であるとともに、前記圧電体膜素子の誘電損失が０．１５以下であることを特徴とする圧電体膜素子。
7. 請求項６に記載の圧電体膜素子と、前記圧電体膜上に形成された上部電極と、前記下部電極と前記上部電極に接続された電圧印加手段又は電圧検知手段とを備えた圧電体デバイス。