JP5598948B2 - 圧電体薄膜の製造方法および当該製造方法により製造される圧電体薄膜 - Google Patents
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Description
以下に、本発明に係る圧電体薄膜の構成について説明する。本発明に係る圧電体薄膜は、基板上にSc含有窒化アルミニウム薄膜が形成されている。Sc含有窒化アルミニウム薄膜は、スカンジウムの原子数とアルミニウムの原子数との総量を100原子%としたとき、0.5〜50原子%の範囲のスカンジウム原子を含有している。
次に、本発明に係る圧電体薄膜の製造方法について、以下に説明する。本発明に係る圧電体薄膜の製造方法は、窒素ガス(N2)を含む雰囲気下(例えば、窒素ガス(N2)雰囲気下、または、窒素ガス(N2)およびアルゴンガス(Ar)混合雰囲気下)において、基板(例えばシリコン(Si)基板)に、アルミニウムとスカンジウムとで、スカンジウムの原子数と窒化アルミニウム薄膜におけるアルミニウムの原子数との総量を100原子%としたときのスカンジウムの含有率が0.5〜50原子%の範囲内となるように、スパッタリングするスパッタリング工程を含む。また、本発明に係る圧電体薄膜の製造方法では、スパッタリング工程における基板温度を5〜450℃とする。この温度範囲内においても、スパッタリング工程における基板温度は、200〜400℃であることが好ましく、400℃であることが最も好ましい。
続いて、スパッタリング工程における基板温度の範囲について以下に説明する。本発明に係る圧電体薄膜の製造において、スパッタリング工程時には、基板温度を常温〜450℃の温度範囲とする。上述したように、この温度範囲の中でも、スパッタリング工程時の基板温度を400℃とすることが最も好ましい。
続いて、Sc含有窒化アルミニウム薄膜におけるスカンジウムの含有率について以下に説明する。
以上説明したように、Sc含有窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜におけるスパッタリング工程時の基板温度を常温〜450℃の範囲とすることにより、スカンジウム含有率が35〜40原子%の際に生じる圧電応答性の低下を防止するだけでなく、Scを含有させていない窒化アルミニウム薄膜と比べて、スカンジウム含有率が35〜40原子%の圧電体薄膜における圧電応答性を向上させることができる。
(スカンジウムを添加した窒化アルミニウム薄膜の作製方法)
シリコン基板に対して、窒素雰囲気下でアルミニウムおよびスカンジウムをスパッタリングし、シリコン基板上にSc含有窒化アルミニウム薄膜を作製した。
作製したSc含有窒化アルミニウム薄膜の圧電応答性は、ピエゾメーター(Piezoptest社製 PM100)を用いて、加重0.25N、周波数110Hzで測定した。
作製したSc含有窒化アルミニウム薄膜におけるSc含有窒化アルミニウムの結晶構造および配向は、X線源としてCuKα線を使用した全自動X線回折装置(マックサイエンス社製、M03X−HF)により測定した。
スパッタリングにおけるシリコン基板の温度を580℃とした以外は、実施例1と同様の製造方法によりSc含有窒化アルミニウム薄膜を作製した。
実施例1において測定された圧電応答性を図1(a)に示し、比較例1において測定された圧電応答性を図1(b)に示す。
スパッタリング時における基板温度を400℃とし、スカンジウム含有率が0原子%、36原子%、43原子%であるSc含有窒化アルミニウム薄膜における表面粗さを測定した。また、Sc含有窒化アルミニウムの粒子サイズ(粒径)についても測定した。
スパッタリング時における基板温度を580℃とした以外は、実施例2と同様にしてSc含有窒化アルミニウム薄膜における表面粗さおよび粒径を測定した。
実施例2および比較例2において測定した表面粗さの結果を図4(a)〜(g)に示す。図4(a)〜(g)は、実施例2および比較例2における表面粗さおよび結晶の粒径を原子間力顕微鏡を用いて測定した図であり、(a)は基板温度580℃でSc含有率0原子%の場合であり、(b)は基板温度580℃でSc含有率36原子%の場合であり、(c)は基板温度580℃でSc含有率43原子%の場合であり、(d)は基板温度400℃でSc含有率0原子%の場合であり、(e)は基板温度400℃でSc含有率36原子%の場合であり、(f)は基板温度400℃でSc含有率43原子%の場合である。また、図4(g)はスパッタリング時の基板温度を400℃または580℃としたときのSc含有率とSc含有窒化アルミニウムの粒径との関係を示す図である。
スパッタリング時の基板温度を、常温(20℃)、200℃、400℃、450℃、500℃および580℃としたときのSc含有率が37原子%であるSc含有窒化アルミニウム薄膜の圧電応答性を測定した。なお、Sc含有窒化アルミニウム薄膜の製造における基板温度以外の条件および圧電応答性の測定条件は、実施例1と同様である。
Claims (5)
- 基板上にスカンジウムを含有する窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜の製造方法であって、
少なくとも窒素ガスを含む雰囲気下において、スカンジウムの原子数と上記窒化アルミニウム薄膜におけるアルミニウムの原子数との総量を100原子%としたときのスカンジウムの含有率が35原子%を超えて、40原子%未満の範囲となるように、アルミニウムとスカンジウムとでスパッタリングし、上記基板上に直接、スカンジウムを含有する窒化アルミニウム薄膜を形成するスパッタリング工程を含み、
上記スパッタリング工程における上記基板の温度が、200〜400℃の範囲であることを特徴とする製造方法。 - 上記スパッタリング工程における上記基板の温度が400℃であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 請求項1または2に記載の製造方法により製造される圧電体薄膜。
- X線ロッキングカーブの半値全幅が3.2度以下であることを特徴とする請求項3に記載の圧電体薄膜。
- 表面の算術平均粗さが1.2nmより小さい値であることを特徴とする請求項3または4に記載の圧電体薄膜。
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