KR20200118881A - 압전막, 그 제조 방법, 압전막 적층체, 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

AlN 결정과, AlN 결정에 첨가된 제1 원소 및 제2 원소를 함유하는 압전막(1)이다. 제1 원소는 이온 반경이 Al보다 큰 원소이다. 제2 원소는 이온 반경이 Al보다 작은 원소이다. 또한, 하지층과, ScAlN으로 이루어지는 압전막을 가질 수 있는 압전막 적층체 및 그 제조 방법이다. 하지층은, 6회 대칭 또는 3회 대칭의 결정 격자를 갖는다. 또한, 육방정과 입방정의 적층형 결정 구조를 갖는 ScAlN으로 이루어지는 압전막 및 그 제조 방법이다. 입방정에는 3가 이외의 원소가 첨가되어 있다.

Description

압전막, 그 제조 방법, 압전막 적층체, 그 제조 방법
<관련 출원의 상호 참조>
본 출원은 2018년 2월 21일에 출원된 일본 출원 번호 제2018-028711호에 기초하는 것이며, 여기에 그 기재 내용을 원용한다.
본 개시는 ScAlN으로 이루어지는 압전막, 그 제조 방법, ScAlN으로 이루어지는 압전막 적층체, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
압전 현상을 이용하는 디바이스는, 폭넓은 분야에 있어서 사용되고 있다. 특히 소형화 및 전력 절약화가 강하게 요구되고 있는 휴대 전화기, 휴대 정보 단말기 등의 휴대용 기기에 있어서, 그 사용이 확대되고 있다. 이러한 디바이스에는 압전 성능을 나타내는 압전막이 사용되고 있고, 구체적으로는 표면 탄성파(즉, SAW) 소자나, 미소 전기 기계 소자(즉, MEMS)에 대한 적용이 기대되고 있다.
높은 압전 상수를 나타낸다고 하는 관점에서, 근년 스칸듐 등의 희토류 원소가 첨가된 알루미늄 질화물로 이루어지는 압전막이 주목받고 있다. 예를 들어 특허문헌 1에서는 0.5 내지 50원자％의 스칸듐이 첨가된 질화알루미늄막이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2009-10926호 공보
스칸듐이 첨가된 질화알루미늄막에서는, 스칸듐의 첨가량을 증가시킬수록 압전 성능이 높아지는 경향이 있다. 그러나, 스칸듐의 첨가량을 지나치게 증가시키면, 압전 성능이 급격하게 저하된다.
이것은, 스칸듐 첨가량을 소정의 값을 초과하여 높이면, 질화알루미늄막 내에 그 두께 방향과 직교 방향에 큰 압축 응력이 발생하기 때문이라고 생각된다. 그리고, 압축 응력에 의해 질화알루미늄막 내에 입방정이 생성되고, 이 입방정의 질화알루미늄이 증가함으로써 압전 성능이 저하된다고 생각된다. 압전 특성이 높은 질화알루미늄은 육방정의 우르츠광 구조형이다.
본 개시는 우수한 압전 성능을 나타내는 압전막, 그 제조 방법, 압전막 적층체, 그 제조 방법을 제공하려고 하는 것이다.
본 개시의 제1 양태는, AlN 결정과,
해당 AlN 결정에 첨가되어 있음과 함께, 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 큰 제1 원소와,
상기 AlN 결정에 첨가되어 있음과 함께, 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 작은 제2 원소를 함유하고,
상기 제1 원소의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 상기 제1 원소의 원자수가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는, 압전막에 있다.
본 개시의 제2 양태는, 하지층과,
해당 하지층의 표면에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 갖고,
상기 ScAlN의 결정의 c축과 평행 방향으로 상기 하지층의 결정 구조를 관찰하였을 때, 상기 하지층은, 6회 대칭의 결정 격자를 가짐과 함께, 해당 6회 대칭의 결정 격자에 있어서의 a축 길이가 상기 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는, 압전막 적층체에 있다.
본 개시의 제3 양태는, 하지층과,
해당 하지층의 표면에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 갖고,
상기 ScAlN의 결정의 c축과 평행 방향으로 상기 하지층의 결정 구조를 관찰하였을 때, 상기 하지층은, 3회 대칭의 결정 격자를 가짐과 함께, 상기 하지층의 표면과 평행인 격자면에 있어서의 가장 근접하는 원자간의 거리가 상기 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는, 압전막 적층체에 있다.
본 개시의 제4 양태는, 하지층과, 해당 하지층의 표면에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 갖는 압전막 적층체의 제조 방법에 있어서,
상기 하지층의 두께 방향으로 해당 하지층의 결정 구조를 관찰하였을 때, 6회 대칭의 결정 격자를 갖고, 해당 6회 대칭의 결정 격자에 있어서의 a축 길이가 상기 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는 하지층을 준비하는 하지층 준비 공정과,
상기 하지층 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 에피택셜 성장시키는 성막 공정을 갖는, 압전막 적층체의 제조 방법에 있다.
본 개시의 제5 양태는, 하지층과, 해당 하지층의 표면에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 갖는 압전막 적층체의 제조 방법에 있어서,
상기 하지층의 두께 방향으로 해당 하지층의 결정 구조를 관찰하였을 때, 3회 대칭의 결정 격자를 갖고, 상기 하지층의 표면과 평행인 격자면에 있어서의 가장 근접하는 원자간의 거리가 상기 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는 하지층을 준비하는 하지층 준비 공정과,
상기 하지층 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 에피택셜 성장시키는 성막 공정을 갖는, 압전막 적층체의 제조 방법에 있다.
본 개시의 제6 양태는, 육방정과 입방정의 적층형 결정 구조를 갖는 ScAlN으로 이루어지고, 상기 입방정의 ScAlN에 3가 원소 이외의 원소로 이루어지는 도전성 부여 원소가 첨가된, 압전막에 있다.
본 개시의 제7 양태는, 기판 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 성막함으로써, 압전막을 제조하는 방법이며,
상기 압전막의 성막 초기에 3가 이외의 원소로 이루어지는 도전성 부여 원소를 첨가하면서 상기 압전막을 에피택셜 성장시키는 성막 초기 공정과,
해당 성막 초기 공정 후에, 상기 도전성 부여 원소를 실질적으로 첨가하지 않고, 상기 압전막을 성장시키는 성막 후기 공정을 갖는, 압전막의 제조 방법에 있다.
상기 제1 양태의 압전막, 상기 제2 및 제3 양태의 압전막 적층체, 상기 제6 양태의 압전막은, 압전 상수 d33 등의 압전 성능이 우수하다. 따라서, 이들 압전막, 압전 적층체는 압전 디바이스의 소형화, 전력 절약화에 기여할 수 있다.
상기 제4 및 제5 양태의 압전막 적층체의 제조 방법은, 하지층 준비 공정과 성막 공정을 갖는다. 하지층 준비 공정에서는, 하지층을 준비한다. 제4 양태에서는, 하지층은, 그 두께 방향으로 결정 구조를 관찰하였을 때 6회 대칭의 결정 격자를 갖고, 그 a축 길이가 ScAlN의 a축 길이보다 길다. 제5 양태에서는, 하지층은, 그 두께 방향으로 결정 구조를 관찰하였을 때, 3회 대칭의 결정 격자를 갖고, 하지층의 표면과 평행인 격자면에 있어서의 가장 근접하는 원자간의 거리가 ScAlN의 a축 길이보다 길다. 그리고, 제4 및 제5 양태에 있어서의 성막 공정에 있어서는, 이러한 구조를 갖는 하지층 상에 압전막을 에피택셜 성장시킨다.
성막 공정에 있어서는, ScAlN의 성장 중에 발생하는 통상의 압축 응력뿐만 아니라, 압축 응력과는 반대 방향의 인장 응력이 발생한다. 압전막은 하지층의 결정 격자와 격자 정합을 취하면서 성장하기 때문이다. 즉, ScAlN의 a축 길이보다 긴 a축 길이나 상술한 원자간 거리를 갖는 하지층과 격자 정합을 취하면서 에피택셜 성장이 일어남으로써, ScAlN의 a축 방향(즉, 압전막의 두께 방향과 직교 방향)에 인장 응력이 발생한다.
따라서, 성막 공정에서는 서로 역방향의 벡터를 갖는 압축 응력과 인장 응력이 서로 약해진다. 그 결과, 육방정의 우르츠광 구조의 ScAlN이 생성되기 쉬워진다. 그 결과, 압전막 중의 육방정의 ScAlN의 함유 비율이 증대되고, 압전 성능이 우수한 압전 적층체를 얻는 것이 가능하게 된다.
상기 제7 양태의 압전막의 제조 방법은, 성막 초기 공정과 성막 후기 공정을 갖는다. 성막 초기 공정에 있어서는, 압전막의 성막 초기에 3가 이외의 원소로 이루어지는 도전성 부여 원소를 첨가하면서 상기 압전막을 에피택셜 성장시킨다. 압전막의 성장 초기에 있어서는, 압전 성능이 낮은 입방정의 ScAlN이 생성되기 쉽다. 성막 초기 공정에 있어서, 상기와 같이 도전성 부여 원소를 첨가하면, 압전 성능이 낮은 입방정 등의 영역에 도전성을 부여할 수 있다.
성막 후기 공정에 있어서는, 도전성 부여 원소를 실질적으로 첨가하지 않고, 압전막을 성장시킨다. 이에 의해, 도전성 부여 원소가 첨가된 ScAlN 상에 도전성 부여 원소를 실질적으로 함유하지 않는 ScAlN이 성장한다. 이에 의해, 도전성을 갖는 ScAlN과, 도전성을 실질적으로 갖지 않는 ScAlN이 적층된 압전막을 얻을 수 있다. 압전막에 있어서의 도전성을 갖는 영역은, 예를 들어 전극으로서 이용하는 것이 가능하게 된다.
한편, 성막 후기 공정에 있어서, 충분한 두께로 성막을 행함으로써, 압전 성능이 우수한 육방정의 우르츠광 구조의 ScAlN이 생성된다. 도전성을 갖는 ScAlN은, 전극으로서 역할을 할 수 있기 때문에, 압전막의 압전 성능 저하의 원인으로 되기 어렵다. 따라서, 압전 성능이 우수한 압전막을 얻는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이, 상기 양태에 따르면, 우수한 압전 성능을 나타내는 압전막, 그 제조 방법, 압전막 적층체, 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 청구범위에 기재한 괄호 안의 부호는, 후술하는 실시 형태에 기재된 구체적 수단과의 대응 관계를 나타내는 것이며, 본 개시의 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다.
본 개시에 대한 상기 목적 및 그 밖의 목적, 특징이나 이점은, 첨부 도면을 참조하면서 하기의 상세한 기술에 의해 보다 명확하게 된다. 그 도면은,
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의, 기판 상에 형성된 압전막의 단면 모식도이다.
도 2는, ScAlN으로 이루어지는 압전막 중의 Sc양과, 압전막의 압전 상수 d33의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3에 있어서, 도 3의 (a)는, Sc 함유량이 48.1at％인 ScAlN의 단면 현미경 사진을 나타내는 도면이고, 도 3의 (b)는, 도 3의 (a)에 있어서 상 경계선을 나타내는 도면이다.
도 4에 있어서, 도 4의 (a)는, Sc 함유량이 49.8at％인 ScAlN의 단면 현미경 사진을 나타내는 도면이고, 도 4의 (b)는, 도 4의 (a)에 있어서 상 경계선을 나타내는 도면이다.
도 5는, 도 3의 (b)에 있어서, 입방정으로부터 육방정으로 전환되는 점을 파선으로 연결하여 도시하는 도면이다.
도 6은, Sc가 첨가된 AlN으로 이루어지는 종래의 압전막의 막 응력 프로파일 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은, 실시 형태 2에 있어서의, 하지층과 압전막의 적층 구조를 갖는 압전막 적층체의 단면 모식도이다.
도 8은, 실시 형태 2에 있어서의, 기판, 하지층 및 압전막이 순차적으로 형성된 압전막 적층체의 단면 모식도이다.
도 9에 있어서, 도 9의 (a)는, 하지층이 분적으로 제거된 압전막 적층체의 단면 모식도이고, 도 9의 (b)는, 하지층의 제거 부분에 전극이 형성된 압전막 적층체의 단면 모식도이다.
도 10은, 실시 형태 3에 있어서의, 기판 상에 형성된 압전막의 단면 모식도이다.
[실시 형태 1]
압전막에 관한 실시 형태에 대하여, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 압전막(1)은, 예를 들어 스퍼터링에 의해, 도 1에 예시되는 바와 같이 기판(3)의 표면에 형성된다.
압전막(1)은, 예를 들어 AlN 결정과 제1 원소와 제2 원소를 함유한다. 압전막(1)은 압전 박막 등으로도 불린다. 제1 원소 및 제2 원소는 AlN 결정에 첨가되어 있고, AlN 결정에 고용되어 있다. 제1 원소 및 제2 원소는, Al 사이트의 일부에 첨가되어 있다고 생각된다.
<AlN 결정>
AlN 결정의 결정 구조에는, 육방정계의 우르츠광 구조와, 입방정계의 섬아연광 구조가 알려져 있다. 육방정의 AlN 결정이 에너지적으로 안정하며, 압전 상수 d33 등의 압전 성능도 높다. AlN 결정에 있어서, Al은 3가 또한 4배위로 존재한다.
<제1 원소>
제1 원소는, 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 큰 원소이다. 3가이고 4배위인 Al의 이온 반경은 0.39Å이기 때문에, 4배위에서의 이온 반경이 0.39Å을 초과하는 원소가 제1 원소의 후보로 된다. 이러한 제1 원소가 AlN 결정에 첨가됨으로써, 압전막의 압전 성능이 향상된다고 생각된다.
제1 원소는 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 압전 상수 d33 등의 압전 성능의 향상 효과가 보다 높아진다. 압전 성능의 향상 효과를 더 높인다고 하는 관점에서, 제1 원소는 Sc인 것이 보다 바람직하다.
<제2 원소>
제2 원소는, 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 작은 원소이다. 3가이고 4배위인 Al의 이온 반경은 0.39Å이기 때문에, 4배위에서의 이온 반경이 0.39Å 미만인 원소가 제2 원소의 후보로 된다. 제2 원소의 첨가에 의해, 제1 원소가 많이 첨가된 AlN 결정의 압전 성능이 향상된다. 이 이유에 대하여, 도 2 내지 도 6에 예시되는 종래의 압전막을 참조하면서 이하와 같이 고찰한다.
우선, Sc가 AlN 결정에 첨가된 종래의 압전막에 대하여 설명한다. 도 2에 예시되는 바와 같이, AlN 결정에 첨가하는 Sc양을 증가시키면, 압전 상수 d33이 향상되지만, Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc의 원자수가 43at％를 초과하는 Sc 고농도 영역까지 Sc양을 증가시키면 압전 상수 d33이 저하되고, 저하 폭도 크다. 이상적으로는 도 2의 파선으로 나타내는 바와 같이, Sc양에 의존하여 압전 상수 d33이 향상되는 것이 요망되고 있다.
한편, 도 3의 (a), 도 4의 (a)에, 실리콘 등으로 이루어지는 기판 상에 성막된 압전막의 단면의 전자 현미경 사진을 도시한다. 압전막은, Sc가 첨가된 AlN 결정으로 이루어진다. 도 3의 (a)에 예시되는 바와 같이, Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc의 원자수가 48.1at％인 경우에는, 압전막 중에 압전 성능이 높은 육방정뿐만 아니라, 압전 성능이 없거나 또는 압전 성능이 매우 낮은 입방정이 생성되어 있다. 또한, 도 4의 (a)에 예시되는 바와 같이, 또한 Sc의 첨가량을 증가시켜 Sc 원자수가 49.8at％로 되면, 입방정이 증가한다. 즉, Sc 고농도 영역에서의 압전 성능의 저하는, 입방정의 ScAlN의 생성에 의해 일어나며, 입방정의 ScAlN이 증가할수록, 압전 성능이 저하된다고 생각된다. ScAlN은, Sc가 첨가된 AlN을 의미한다. Sc는, AlN의 Al 사이트의 일부에 첨가되어 있다고 생각된다.
도 3의 (b), 도 4의 (b)에 예시되는 바와 같이, 압전막의 두께 방향의 단면에 있어서, 입방정으로부터 육방정으로 전환되는 점은 거의 라인 상에 배열되어 있는 것처럼 보인다. 전환되는 점은, 도 3의 (b), 도 4의 (b)에 있어서, 지그재그형의 실선으로 나타내는 상 경계선(즉 입방정과 육방정의 헤테로 계면)의 기판측의 정점이다. 이들은 도 5에 예시되는 파선 상에 배열되어 있는 것처럼 보인다. 또한, 도 5는, Sc의 원자수가 48.1at％인 압전막에 대한 것이지만, Sc의 원자수가 49.8at％인 압전막에 대해서도 마찬가지라고 생각된다. 그래서, Sc 고농도 영역에서는 막 응력에 막 두께 방향 분포가 존재하고, 도 5에 있어서 파선으로 표시되는 상 경계선의 기판측의 정점을 연결하는 선 상에서 역치를 넘는 것은 아닐까라고 생각하고, 이하와 같이 실측하였다.
구체적으로는, Sc가 첨가된 AlN으로 이루어지는 종래의 압전막의 막 응력 프로파일 결과를 도 6에 도시한다. 이 압전막은, ScAlN으로 이루어지며, 실리콘 기판 상에 성장시킴으로써 작성한 것이다. 도 6으로부터 알려진 바와 같이, 기판과 압전막의 계면으로부터 이격됨에 따라 압전막 내의 압축 응력이 저하되어 있지만, 계면 부근에서는 압축 응력이 크다. Sc 첨가량이 높은 Sc 고농도 영역에서는, 압축 응력이 보다 커진다고 생각된다. 또한, 도 6에 있어서, 실측점 ○와 실측점 ×는 복수 방향의 1차원의 휨을 측정하여 구한 결과이다.
이와 같이, 입방정의 ScAlN은, 기판으로부터 성장하는 ScAlN의 결정에 발생하는 압축 응력에 기인하여 생성된다고 생각된다. 즉, Al보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 Sc와 같은 제1 원소를 다량 첨가함으로써, ScAlN 내에 발생하는 압축 응력이 커져, 그 결과, 입방정이 많이 생성된다고 생각된다.
압전막이, AlN 결정 내에 있어서 3가 또한 4배위로 존재하는 Al보다 이온 반경이 작은 제2 원소를 제1 원소와 함께 함유하면, 성막 중에 있어서의 압축 응력을 완화시키거나, 혹은 상쇄하는 인장 응력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 성막 중에 입방정이 생성되기 어려워진다. 특히, 상술한 바와 같이, 제1 원소의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 제1 원소의 원자수가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는 제1 원소 고농도 영역에서는, 압축 응력이 커지기 때문에, 이 압축 응력을 완화시키는 제2 원소의 첨가 효과가 증대된다.
따라서, 제2 원소의 첨가 효과를 충분히 얻는다고 하는 관점에서, 제1 원소의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 제1 원소의 원자수가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는 것이 바람직하다.
제2 원소는 3가 원소인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 제2 원소의 첨가에 의해서도 압전막의 절연성이 유지된다. 바꾸어 말하면, 제2 원소의 첨가에 의해, 압전막에 도전성이 부여되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이 경우에는, 적어도 1종류의 제2 원소의 첨가에 의해, 효과가 발현되기 때문에 첨가량의 조정이 용이하게 된다. 구체적으로는 제2 원소는 B인 것이 보다 바람직하다.
또한, 제2 원소로서 1가 원소와 5가 원소의 양쪽을 포함할 수 있다. 이 경우에는, 1가 원소의 원자수와 5가 원소의 원자수가 실질적으로 등량이 되도록 존재하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 1가 원소와 5가 원소의 첨가에 의해서도 압전막의 절연성이 유지된다. 바꾸어 말하면, 1가 원소와 5가 원소의 첨가에 의해, 압전막에 도전성이 부여되는 것을 방지할 수 있다. 「실질적으로 등량」은, 압전막의 전기 절연성을 유지할 수 있는 비율이면 반드시 완전히 등량일 필요는 없지만, 1가 원소의 원자수와 5가 원소의 원자수가 등량으로 존재하는 것이 보다 바람직하다. 후술하는 2가 원소와 4가 원소의 경우 등에 대해서도 마찬가지이다.
또한, 제2 원소로서 2가 원소와 4가 원소의 양쪽을 포함할 수 있다. 이 경우에는, 2가 원소의 원자수와 4가 원소의 원자수가 실질적으로 등량이 되도록 존재하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 2가 원소와 4가 원소의 첨가에 의해서도 압전막의 절연성이 유지된다. 바꾸어 말하면, 2가 원소와 4가 원소의 첨가에 의해, 압전막에 도전성이 부여되는 것을 방지할 수 있다.
제2 원소로서 2가 원소와 4가 원소를 포함하는 경우에는, 2가 원소로서는 Be가 예시된다. 4가 원소로서는 C 및 Si 중 적어도 한쪽이 예시된다.
또한, 제2 원소로서는, 압전막의 절연성이 유지되는 배합 비율로 되도록, 2가 원소, 4가 원소 및 5가 원소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 2종 이상의 임의의 조합을 채용하는 것도 가능하다. 제2 원소와, 후술하는 제3 원소 내지 제5 원소의 조합에 대해서도 마찬가지이다.
<제3 원소>
압전막은, 제2 원소와 함께 제3 원소를 더 함유할 수 있다. 제3 원소는, 제2 원소가 5가 원소인 경우에 첨가되는 원소이다. 제3 원소는, 4배위에서의 이온 반경이 Al 이상이며, 또한 1가 원소이다. 제3 원소는, 제1 원소와는 다른 원소이다. 제3 원소는, AlN 결정의 Al 사이트의 일부에 첨가된다고 생각된다.
이 경우에는, 5가 원소의 제2 원소의 원자수와 1가 원소의 제4 원소의 원자수가 실질적으로 등량으로 존재하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 5가 원소(즉, 제2 원소)와 1가 원소(즉, 제3 원소)의 첨가에 의해서도 압전막의 절연성이 유지된다. 바꾸어 말하면, 5가 원소와 1가 원소의 첨가에 의해, 압전막에 도전성이 부여되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이온 반경이 Al 이상인 제3 원소가 첨가되어 있어도, 이온 반경이 Al보다 작은 제2 원소에 의해 압축 응력이 완화되기 때문에, 압전 성능의 향상은 가능하게 된다.
이러한 제2 원소와 제3 원소의 조합은, 예를 들어 이하와 같다. 제2 원소로서는, V, Cr, Mn, P 및 As로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 예시된다. 제3 원소로서는, Li, Na 및 K로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 예시된다.
<제4 원소>
압전막은, 제2 원소와 함께 제4 원소를 더 함유할 수 있다. 제4 원소는, 제2 원소가 2가 원소인 경우에 첨가되는 원소이다. 제4 원소는, 4배위에서의 이온 반경이 Al 이상이며, 또한 4가 원소이다. 제4 원소는, 제1 원소와는 다른 원소이다. 제4 원소는, AlN 결정의 Al 사이트의 일부에 첨가된다고 생각된다.
이 경우에는, 2가 원소의 제2 원소의 원자수와 4가 원소의 제4 원소의 원자수가 실질적으로 등량으로 존재하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 2가 원소(즉, 제2 원소)와 4가 원소(즉, 제4 원소)의 첨가에 의해서도 압전막의 절연성이 유지된다. 바꾸어 말하면, 2가 원소와 4가 원소의 첨가에 의해, 압전막에 도전성이 부여되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이온 반경이 Al 이상인 제4 원소가 첨가되어 있어도, 이온 반경이 Al보다 작은 제2 원소에 의해 압축 응력이 완화되기 때문에, 압전 성능의 향상은 가능하게 된다.
이러한 제2 원소와 제4 원소의 조합은, 예를 들어 이하와 같다. 제2 원소로서는, Be가 예시된다. 제5 원소로서는, Co, Cr, Ge, Ti, Zr 및 Mo로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 예시된다.
<제5 원소>
압전막은, 제2 원소와 함께 제5 원소를 더 함유할 수 있다. 제5 원소는, 제2 원소가 4가 원소인 경우에 첨가되는 원소이다. 제5 원소는, 4배위에서의 이온 반경이 Al 이상이며, 또한 2가 원소이다. 제5 원소는, 제1 원소와는 다른 원소이다. 제5 원소는, AlN 결정의 Al 사이트의 일부에 첨가된다고 생각된다.
이 경우에는, 4가 원소의 제2 원소의 원자수와 2가 원소의 제5 원소의 원자수가 실질적으로 등량으로 존재하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 4가 원소(즉, 제2 원소)와 2가 원소(즉, 제5 원소)의 첨가에 의해서도 압전막의 절연성이 유지된다. 바꾸어 말하면, 4가 원소와 2가 원소의 첨가에 의해, 압전막에 도전성이 부여되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이온 반경이 Al 이상인 제5 원소가 첨가되어 있어도, 이온 반경이 Al보다 작은 제2 원소에 의해 압축 응력이 완화되기 때문에, 압전 성능의 향상은 가능하게 된다.
이러한 제2 원소와 제5 원소의 조합은, 예를 들어 이하와 같다. 제2 원소로서는, C 및 Si 중 적어도 한쪽이 예시된다. 제5 원소로서는, Mg, Co, Ni, Cu 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이 예시된다.
다음에, 상기 압전막의 제조 방법에 대하여 설명한다. 압전막의 제조 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 스퍼터링에 의해 행하는 것이 바람직하다. 압전막(1)은, 도 1에 예시되는 바와 같이 기판(3) 상에 형성할 수 있다.
기판(3)은, 압전막의 용도에 따라 적절하게 선택된다. 기판으로서는, 예를 들어 실리콘(Si), 사파이어, 탄화규소, 유리, 유기계 재료 등이 예시된다. 실리콘이 사용되는 경우가 많다.
압전막은, 예를 들어 스퍼터링에 의해 제조된다. 스퍼터링은, 1개의 합금 타깃을 사용한 1원 스퍼터링이어도, 2개 이상의 금속 타깃을 사용한 다원 스퍼터링이어도 된다. 1원 스퍼터링에서는, 알루미늄과, 제1 원소와, 제2 원소와, 필요에 따라 첨가되는 그 밖의 원소(예를 들어 제3 내지 제5 원소)를 함유하는 합금 타깃을 사용한다. 다원 스퍼터링에서는, 알루미늄, 제1 원소, 제2 원소, 및 필요에 따라 첨가되는 그 밖의 원소(예를 들어 제3 내지 제5 원소)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 타깃을 복수 사용한다.
예를 들어, 제1 원소와, 제2 원소가 첨가된 Al 타깃을 사용한 스퍼터링에 의해, 압전막을 제조할 수 있다. 또한, 제1 원소로 이루어지는 제1 원소 타깃과, 제2 원소로 이루어지는 제2 원소 타깃과, Al 타깃을 사용한 스퍼터링에 의해, 압전막을 제조할 수도 있다. 제1 원소가 첨가된 Al 타깃과, 제2 원소로 이루어지는 제2 원소 타깃을 사용한 스퍼터링에 의해, 압전막을 제조할 수도 있다. 제1 원소와 제2 원소로 이루어지는 합금 타깃과, Al 타깃을 사용한 스퍼터링에 의해, 압전막을 제조할 수도 있다. 제2 원소가 첨가된 Al 타깃과, 제1 원소로 이루어지는 제1 원소 타깃을 사용한 스퍼터링에 의해, 압전막을 제조할 수도 있다. 제3 내지 제5 원소에 대해서는, 이들을 포함하는 타깃을 별도로 사용해도 되고, 제1 원소, 제2 원소, Al을 포함하는 타깃 중에 제3 내지 제5 원소로부터 선택되는 적어도 1종을 첨가해도 된다.
스퍼터링은, 예를 들어 질소 가스를 포함하는 분위기 하에서 행할 수 있다. 또한, 스퍼터링은, 적어도 질소 이온을 포함하는 이온 빔을 타깃에 조사하여 행할 수도 있다.
구체적으로는, 적어도 질소 가스를 포함하는 분위기 하에서, 타깃으로부터, 알루미늄, 제1 원소, 제2 원소, 및 필요에 따라 첨가되는 그 밖의 원소를 기판 상에 스퍼터링함으로써, 압전막을 제조할 수 있다. 또한, 합금 타깃과 기판을 대향하도록 배치하고, 합금 타깃의 대향면에 대하여 비스듬하게 질소 이온을 포함하는 이온 빔을 조사하고, 합금 타깃으로부터, 알루미늄, 제1 원소, 제2 원소, 및 필요에 따라 첨가되는 그 밖의 원소를 기판 상에 스퍼터링함으로써, 압전막을 제조할 수도 있다. 이들 스퍼터링은, 1원 스퍼터링으로 행하는 것도, 다원 스퍼터링으로 행하는 것도 가능하다.
이하에, 본 형태의 대표예로서, Sc와 B가 첨가된 AlN 결정으로 이루어지는 압전막의 제조 방법에 대하여 설명한다. Sc, B는, AlN 결정에 있어서의 Al 사이트의 일부에 첨가된다고 생각된다. 또한, Sc 대신에 다른 제1 원소를 사용하는 경우나, B 대신에 다른 제2 원소를 사용하는 경우에 대해서도, 이하의 제조 방법과 마찬가지의 스퍼터링에 의해 압전막을 제조할 수 있다.
<1원 스퍼터링>
실리콘 기판과, ScAl 합금에 B가 첨가된 합금 타깃을 준비한다. 스퍼터링에 의해, 실리콘 기판 상에 합금 타깃 중의 성분 원소와 질소 원소를 퇴적시켜 압전막을 제조한다. 기본적으로는 압전막 중의 B 농도와 동등한 B 농도의 합금 타깃을 사용하지만, 합금 타깃 중의 B 농도와 압전막 중의 B 농도에 괴리가 발생하는 경우에는, 압전막 중의 B 농도가 원하는 농도로 되도록 합금 타깃 중의 B 농도를 조정할 수 있다. Sc 농도에 대해서도 마찬가지이다. 압전막 중의 Sc 함유율(at％), B 함유율(at％)은, 시판 중인 파장 분산형 형광 X선 분석 장치에 의해 분석하여 산출할 수 있다.
1원 스퍼터링은, 일반적인 방법에 준하여 행해진다. 1원 스퍼터링에서는, 타깃과 기판을 평행으로 마주보게 하는 레이아웃(즉, 평행 평판형)을 채용할 수 있다. 이 경우에는, 스퍼터링에 있어서의 합금 타깃의 이용 효율이 높아져, 성막 속도가 향상된다.
<2원 스퍼터링>
실리콘 기판과, ScAl 합금 타깃과, B 타깃을 사용하는 점을 제외하고, 1원 스퍼터링과 마찬가지의 조작을 행할 수 있다. 2원 스퍼터링에서는, ScAl과 B를 기판 상에 동시에 스퍼터링한다. 이 방법에서는, ScAl 합금 타깃과 B 타깃에 인가하는 전력비를 조정함으로써, B 농도의 조정을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 타깃을 변경함으로써, 다른 다원 스퍼터링을 행하는 것도 가능하다.
본 형태의 압전막은, AlN 결정과, AlN 결정에 첨가된 제1 원소와 제2 원소를 함유한다. 제1 원소의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 제1 원소의 원자수가 차지하는 비율이 43at％를 초과한다. 제1 원소는, 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 큰 원소이다. 제2 원소는, 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 작은 원소이다. 이러한 구성의 압전막은 압전 상수 d33 등의 압전 성능이 우수하다. 그 이유는 다음과 같이 고려된다.
제1 원소의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 제1 원소의 원자수가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는 제1 원소 고농도 영역에서는, 상술한 바와 같이, 압축 응력의 증대에 의해, 성막 시에, 압전막의 기판측에 압전 성능이 없거나 또는 낮은 입방정의 AlN 결정이 생성된다. 이것은, 제1 원소의 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 크기 때문이라고 생각된다. 이러한 AlN 결정에 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 작은 제2 원소를 첨가하면, 성막 중의 압축 응력이 완화되거나, 혹은 상쇄된다고 생각된다. 그 결과, 압전 성능에 있어서 불리한 입방정이 적거나, 혹은 입방정이 없는 압전막이 생성되었다고 생각된다. 따라서, 압전막은, 우수한 압전 성능을 발휘한다고 생각된다.
[실시 형태 2]
본 예는, 소정의 하지층 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 성막하는 형태에 대하여 설명한다. 구체적으로는, 하지층 준비 공정과 성막 공정을 행함으로써, 도 7에 예시되는 바와 같이, 하지층(2) 상에 압전막(11)을 성막하여 압전막 적층체(5)를 제조한다. 또한, 실시 형태 2 이후에 있어서 사용한 부호 중, 기출의 실시 형태에 있어서 사용한 부호와 동일한 것은, 특별히 나타내지 않는 한, 기출의 실시 형태에 있어서의 것과 마찬가지의 구성 요소 등을 나타낸다.
하지층 준비 공정에서는, 하지층(2)을 준비한다. 하지층(2)은, 그 두께 방향으로 하지층(2)의 결정 구조를 관찰하였을 때, 6회 대칭의 결정 격자를 갖거나, 혹은 3회 대칭의 결정 격자를 갖는다. 6회 대칭의 결정 격자를 갖는 경우에는, 그 a축 길이가 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는 하지층(2)을 준비한다. 한편, 3회 대칭의 결정 격자를 갖는 경우에는, 하지층의 표면과 평행인 격자면에 있어서의 가장 근접하는 원자간의 거리가 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는 하지층을 준비한다.
성막 공정에서는, 하지층(2)의 표면으로부터 ScAlN으로 이루어지는 압전막(11)을 에피택셜 성장시킨다. 이에 의해, 압전막(11)을 제조할 수 있다. 도 7에 예시되는 바와 같이, 하지층(2)이 존재하면 기판이 없어도 되며, 이 하지층(2) 상에 압전막(11)을 형성할 수 있다. 또한, 도 8에 예시되는 바와 같이 기판(3) 상에 형성된 하지층(2) 상에 압전막(11)을 형성해도 된다.
<하지층 준비 공정>
하지층(2) 상에 성막되는 ScAlN(즉, 스칸듐알루미늄 질화물)에는, 육방정과 입방정이 존재하는데, 육방정이 압전 성능의 관점에서 유리하다. 육방정의 ScAlN은, 하지층(2)으로부터 c축 성장함으로써 생성된다. 즉, 육방정의 ScAlN의 c축과 하지층의 두께 방향은 평행으로 된다. 하지층(2)의 두께 방향으로 하지층(2)의 결정 구조를 관찰하였을 때, 그 결정 구조는, 6회 대칭의 결정 격자를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우에는, ScAlN이 하지층(2)으로부터 에피택셜 성장할 때, 하지층의 6회 대칭의 결정 격자와 정합을 취하면서 결정 성장이 일어나기 때문에, 육방정의 ScAlN이 성막되기 쉽다.
6회 대칭의 결정 격자를 갖는 하지층(2)으로서는, c축 배향된 육방정 결정 격자를 갖는 하지층을 사용할 수 있다.
6회 대칭의 결정 격자를 갖는 경우에는, 하지층(2)은, 그 결정 격자에 있어서의 a축 길이가 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어진다. 하지층(2)의 결정 구조는, 하지층(2) 상에 성막되는 육방정의 ScAlN의 c축과 평행 방향으로 관찰하였을 때에 있어서의 것이다.
또한, 육방정의 ScAlN의 c축은, 통상, ScAlN의 성장 방향, 하지층의 두께 방향, 압전막의 두께 방향 등과 평행이다. 육방정의 ScAlN의 a축은, 통상, ScAlN의 c축, 하지층의 두께 방향, 압전막의 두께 방향 등과 직교한다.
<성막 공정>
상기한 바와 같이, 하지층(2)으로서, 그 결정 격자의 a축 길이가 하지층(2) 상에 성장하는 육방정의 ScAlN의 a축 길이보다 긴 것을 사용하면, 하지층(2)으로부터 에피택셜 성장하는 ScAlN에는, 그 a축 방향으로 압축 응력과 함께 인장 응력이 작용한다. 압축 응력과 인장 응력은 역방향이기 때문에, 인장 응력에 의해 성막 시에 ScAlN에 작용하는 압축 응력을 완화하거나, 상쇄하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 입방정의 ScAlN의 생성이 억제되고, 압전 성능이 우수한 육방정의 우르츠광 구조의 ScAlN의 함유 비율이 높은 압전막을 생성할 수 있다.
(육방정 결정 격자를 갖는 하지 재료)
육방정 결정 격자를 갖는 하지 재료는, c축 배향시켜 사용된다. 즉, 하지층(2)을 구성하는 결정 격자의 c축과 하지층(2)의 두께 방향이 평행으로 된다. 하지 재료의 후보로서는, ScAlN과 동일한 육방정의 우르츠광 구조의 ZnO, GaN 등이 고려된다. 그러나, ScAlN에 있어서의 Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc가 차지하는 비율이 50at％ 이하인 범위에 있어서의 ScAlN의 a축 길이는 0.35nm 이하로 되어, ZnO의 a축 길이(구체적으로 0.325nm), GaN의 a축 길이(구체적으로는 0.318nm)보다 커지는 경우가 있다. 즉, ZnO나 GaN으로 이루어지는 하지층을 사용해도, 성막 중에 ScAlN에 인장 응력을 충분히 발생시키지 못할 우려가 있다.
한편, 시뮬레이션의 제1 원리 계산에 의해, ZnO에 Ca 등의 첨가 원소를 첨가함으로써, a축 길이가 신장되는 것을 확인하였다. GaN에 대해서도, Sc, La 등의 첨가에 의해, a축 길이가 신장되는 것을 확인하였다. a축 길이를 신장시키기 위해서는, 이온 반경이 큰 원소를 첨가하면 된다. 따라서, Zn보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 2가의 원소가 첨가된 ZnO, Ga보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가의 원소가 첨가된 GaN 등을 하지 재료로서 사용할 수 있다.
하지 재료는, Ca, Sr 및 Ba로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소가 첨가된 ZnO, 또는 Sc, Y 및 La로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소가 첨가된 GaN으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 육방정 결정 격자를 갖는 하지층(2)의 a축 길이를 충분히 신장시킬 수 있다. 따라서, 하지층으로부터 ScAlN이 에피택셜 성장할 때 ScAlN에 인장 응력이 충분히 발생하여, 압축 응력을 충분히 완화하거나, 상쇄할 수 있다. 따라서, 입방정의 ScAlN의 생성이 보다 억제된다.
또한, 육방정의 InN의 a축 길이는, 0.354nm이기 때문에 첨가 원소를 첨가하지 않아도 하지 재료로서 사용할 수 있다. 4배위에서의 이온 반경이 In보다 큰 3가 원소가 첨가된 InN을 사용해도 된다.
하지 재료로서는, Zn보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 2가 이외의 원소가 첨가된 ZnO, Ga보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 이외의 원소가 첨가된 GaN, 또는 In보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 이외의 원소가 첨가된 InN으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 이 경우에는, 하지층이 도전성을 나타낼 수 있다. 즉, ZnO에 있어서의 Zn은 2가로 존재하기 때문에, 2가 이외의 원소를 첨가함으로써 도전성이 부여된다. 또한, GaN에 있어서의 Ga, InN에 있어서의 In은 각각 3가로 존재하기 때문에, GaN, InN에 3가 이외의 원소를 각각 첨가함으로써 도전성이 부여된다. 따라서, 성막 후에, 하지층을 예를 들어 전극 등으로서 사용하는 것이 가능하게 된다. 즉, 압전막 적층체(5)에 있어서의 압전막(11)을 압전 재료로서 이용하고, 하지층(2)을 압전막(11)과 전기적으로 도통하는 전극으로서 이용할 수 있다.
또한, 하지 재료로서는 육방정 금속인 Ti를 사용할 수 있다. Ti의 a축 길이는 0.359nm이다. 이 경우에는, ScAlN의 에피택셜 성장 시에 하지층(2)으로부터 인장 응력을 발생시킬 수 있음과 함께, 하지층(2)이 도전성을 나타낼 수 있다. 따라서, 성막 후의 하지층(2)을 전극으로서 사용하는 것이 가능하게 된다.
(입방정 결정 격자를 갖는 하지 재료)
하지층(2)으로서는, 그 두께 방향으로 결정 구조를 관찰하였을 때 결정 구조가 3회 대칭의 결정 격자를 갖는 하지층을 사용하는 것도 가능하다. 하지 재료가 3회 대칭의 결정 격자를 갖는 경우에는, 하지층(2)의 표면과 평행인 격자면에 있어서의 가장 근접하는 원자간의 거리가 ScAlN의 a축 길이보다 긴 것을 사용한다. 이러한 하지층(2)으로서는, 예를 들어 (111) 배향의 입방정 결정 격자를 갖는 하지층을 사용할 수 있다. 하지층이 (111) 배향의 입방정 결정 격자를 갖는 경우에 있어서의 상술한 원자간의 거리를, 이하 적절하게 「a축 상당 길이」라고 한다.
입방정 결정 격자의 하지 재료는, (111) 배향시켜 사용된다. 즉, 하지층을 구성하는 결정 격자의 <111>축과 하지층의 두께 방향이 평행으로 된다. 이러한 하지층에서는 <111>축 방향으로 관찰하였을 때, (111)면 내에서는 원자가 정삼각형을 최소 격자로 한 배열을 형성하게 된다. 이 경우에 있어서의 상술한 근접 원자간 거리(즉, a축 상당 길이)는, 체심 입방 격자의 경우에는 격자 상수×√2, 면심 입방 격자의 경우에는 격자 상수÷√2로부터 산출된다.
(111) 배향의 입방정의 하지 재료로서는, 예를 들어 다이아몬드 구조 재료, 섬아연광 구조 재료, Ta 또는 Cr을 들 수 있다. 다이아몬드 구조 재료로서는 Si, Ge 등을 들 수 있다. 또한, 섬아연광 구조 재료로서는 GaAs, GaP 등을 들 수 있다. 다이아몬드 구조의 Si의 격자 상수는 0.543nm, 다이아몬드 구조의 Ge의 격자 상수는 0.565nm, 섬아연광 구조의 GaAs의 격자 상수는 0.565nm이고, 섬아연광 구조의 GaP의 격자 상수는 0.545nm이고, Ta의 격자 상수는 0.287nm이고, Cr의 격자 상수는 0.288nm이다. 다이아몬드 구조의 Si의 a축 상당 길이는 0.384nm이고, 다이아몬드 구조의 Ge의 a축 상당 길이는 0.400nm이고, 섬아연광 구조의 GaAs의 a축 상당 길이는 0.400nm이고, 섬아연광 구조의 GaP의 a축 상당 길이는 0.385nm이고, Ta의 a축 상당 길이는 0.406nm이고, Cr의 a축 상당 길이는 0.407nm이다.
이러한 (111) 배향의 입방정으로 이루어지는 하지층을 사용해도, 에피택셜 성막 시에 ScAlN에 인장 응력을 발생시켜, 압축 응력을 완화하거나, 압축 응력을 상쇄할 수 있다. 하지 재료로서, Ta, Cr을 사용하는 경우에는, 성막 후의 하지층을 전극으로서 이용하는 것이 가능하게 된다.
압전막의 ScAlN에 있어서의 Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 하지층에 의한 압축 응력의 완화 효과가 현저해진다. 즉, 43at％를 초과하는 고농도의 ScAlN으로 이루어지는 압전막은, 성막 중에 막 내에 걸리는 압축 응력이 커지는 경향이 있지만, 상술한 바와 같이 특정 하지층을 사용함으로써, 이러한 큰 압축 응력을 완화시키거나, 상쇄하거나 할 수 있다.
하지층 준비 공정 및 성막 공정은, 예를 들어 스퍼터링에 의해 행할 수 있다. Ca가 첨가된 ZnO로 이루어지는 하지층과, 이 하지층 상에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 갖는 압전막 적층체를 스퍼터링에 의해 제조하는 예를 설명한다.
우선, Zn 타깃을 사용하여, Ar을 포함하는 산소 분위기 중에서 플라스마 방전을 행하고, 반응성 스퍼터링에 의해 ZnO를 예를 들어 기판(3) 상에 성막한다. 이때, Ca 타깃재와 함께 Zn 타깃을 사용하여, 동시 스퍼터링(즉, 2원 스퍼터링)을 행해도 되고, Ca가 원하는 농도로 첨가된 Zn 타깃을 사용한 1원 스퍼터링을 행해도 된다. 양산에는 1원 스퍼터링이 적합하다. 1원 스퍼터링, 2원 스퍼터링에 대해서는, 실시 형태 1과 마찬가지로 행할 수 있다. ZnO는, ScAlN과 마찬가지로 우르츠광 구조이며, 성막 조건을 조정함으로써 c축 배향되기 쉬운 재료이다. 기판의 재질이나 기판의 면 방위를 선택할 필요는 없다.
이와 같이 하여 기판(3) 상에 하지층(2)이 형성된다. 하지층(2)은, Ca가 첨가된 ZnO로 이루어지고, c축 배향되어 있다. 다음에, 하지층(2) 상에 ScAlN을 성막한다. ZnO 및 ScAlN은, 모두 육방정 구조이기 때문에, ScAlN이 에피택셜 성장하기 쉽다. 그러나, 하지층(2)의 표면이 대기에 노출되어 표면에 물, CO2 등의 오염 물질이 부착되면, 에피택셜 성장이 방해될 우려가 있다. 따라서, 하지층(2)과 압전막(11)의 성막간은 진공 반송이 행해지는 것이 바람직하다. 오염 물질의 부착을 피한다고 하는 관점에서, 예를 들어 Ca 도프 Zn 타깃 및 ScAl 타깃재의 양쪽을 구비하는 진공실 내에서 순차적으로 스퍼터링을 행하는 방법을 채용할 수 있다. 바람직하게는, 복수의 진공실을 구비하는 장치에 있어서 각 진공실 내에서 Ca 도프 Zn 타깃을 사용한 평행 평판형 스퍼터링과, ScAl 타깃재를 사용한 평행 평판형 스퍼터링을 순차적으로 행하는 방법이 좋다. 이 방법은 특히 양산성에 적합하다.
또한, 상기 스퍼터링에 의한 제조예에서는, Ca가 첨가된 ZnO로 이루어지는 하지층의 경우에 대하여 기술하였지만, 스퍼터링이 가능한 다른 하지층과 압전막을 구비하는 압전막 적층체의 제조에 대해서도 마찬가지이다. 하지층이 질화물인 경우에는, 대기 폭로에 의해 표면이 산화되면, 에피택셜 성장의 방해로 되기 때문에, 진공 반송의 필요성이 증대된다. 일반적으로는, 에피택셜 성장은, 단결정의 하지층 상에 거의 단결정의 막을 성장시키는 것을 가리키는 경우가 많지만, 본 명세서에 있어서는, 하지층이 예를 들어 주상정 구조와 같은 다결정인 경우도 포함한다. 이러한 하지층 상에서의 에피택셜 성장이란, 예를 들어 개개의 주상정 상에 각각 거의 원자 배열을 일치시키면서 성장하는 상태를 가리킨다.
하지층 준비 공정 및 성막 공정 후에는, 도 7, 도 8에 예시되는 바와 같이 하지층(2)과 압전막(11)을 갖는 압전막 적층체(5)가 얻어진다. 하지층(2)은, 상술한 바와 같이, 특정 결정 구조를 가지며, 압전막(11)은 하지층(2)의 표면에 형성된다. 압전막 적층체(5)는 하지층(2)과 압전막(11)의 맞닿음면(4)을 가지며, 압전막(11)이 맞닿음면(4)에 있어서 하지층(2)에 맞닿아 있다.
이러한 구성을 갖는 압전막 적층체(5)는, 상술한 바와 같이, 성막 중에 압전막(11)에 걸리는 압축 응력이 완화 또는 상쇄되어 있다. 따라서, 하지층(2) 상에 형성되는 ScAlN의 하지층(2)측에 형성되기 쉬운 입방정의 ScAlN의 존재량이 적어졌다고 생각된다. 따라서, 압전막 적층체(5)는, 압전막(11) 중에 압전 성능이 우수한 육방정의 ScAlN을 많이 함유하고 있다고 생각된다. 이러한 하지층(2)과 압전막(11)의 구성을 구비하는 압전막 적층체(5)는, 압전 상수 d33 등의 압전 성능이 우수하다고 생각된다. 압전막(11) 중의 입방정의 ScAlN의 존재량은 적을수록 압전 성능이 높아진다고 생각된다. 압전막(11) 중의 입방정의 ScAlN의 존재량은 0이 가장 좋다.
도 9의 (a)에 예시되는 바와 같이, 압전막 적층체(5)의 하지층(2)은, 적어도 부분적으로 제거할 수 있다. 제거는 예를 들어 에칭에 의해 행할 수 있다. 하지층(2)의 제거의 필요 여부는, 압전막 적층체(5)의 용도 등에 따라 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 9의 (a)에 예시되는 바와 같이, 에칭 등에 의해, 압전막 적층체(5)로부터 하지층(2)을 부분적으로 제거할 수 있다. 하지층(2)이 도전성을 갖지 않는 절연 재료 등으로 이루어지는 경우에 있어서는 하지층(2)을 부분적으로 제거하고, 도 9의 (b)에 예시되는 바와 같이, 제거 영역에 금속 등 도전성 재료를 충전함으로써, 압전막(11)과 맞닿는 전극(25)을 형성할 수 있다.
실시 형태 1에 있어서의 제2 원소를 첨가하는 구성과, 실시 형태 2에 있어서의 특정 하지층을 마련하는 구성은 조합할 수 있다. 구체적으로는, 실시 형태 2의 하지층 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 성막할 때 제2 원소를 첨가할 수 있다. 이 경우에는, 성막 중의 압축 응력이 보다 완화되거나, 압축 응력을 상쇄하기 쉬워져, 보다 입방정의 ScAlN의 생성을 억제할 수 있다고 생각된다.
[실시 형태 3]
본 형태에서는, 육방정과 입방정의 적층형 결정 구조를 갖는 압전막의 실시 형태에 대하여 설명한다. 압전막은, 입방정의 ScAlN 결정과, 이 입방정의 ScAlN 결정에 적층된 육방정의 ScAlN 결정을 갖는다. 양자의 계면은 반드시 단차가 없을 필요는 없으며, 서로 파고들어 있어도 된다. 이러한 적층형 결정 구조의 구체예로서는, 상술한 도 3의 (a), 도 4의 (a)에 예시되는 구성을 들 수 있다.
입방정의 ScAlN에는, 3가 이외의 원소로 이루어지는 도전성 부여 원소가 첨가되어 있다. 도전성 부여 원소는, 입방정의 ScAlN의 적어도 일부에 첨가되어 있으면 되지만, 가능한 한, 입방정의 ScAlN의 전체에 걸쳐 도전성 부여 원소가 첨가되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 압전 성능이 없거나 또는 낮은 입방정의 ScAlN에 도전성이 부여되어, 입방정의 ScAlN을 예를 들어 전극으로서 이용할 수 있다.
도전성 부여 원소는, ScAlN의 Al 사이트의 일부에 첨가된다고 생각된다. ScAlN에 있어서 Al은 3가 이온으로서 존재하기 때문에, 3가 이외의 원소로 이루어지는 도전성 부여 원소의 첨가에 의해, 입방정의 ScAlN에 도전성이 부여된다.
육방정의 ScAlN에도 도전성 부여 원소가 부분적으로 첨가되어 있어도 된다. 압전 성능의 향상이라고 하는 관점에서는, 도전성 부여 원소가 첨가된 육방정의 ScAlN은 적은 쪽이 좋다.
도전성 부여 원소는, 단독으로 첨가해도, 2종 이상의 도전성 부여 원소를 조합하여 첨가해도 된다. 단, 2종 이상의 도전성 부여 원소를 첨가하는 경우에는, 서로의 도전성을 상쇄하는 조합을 제외한다. 구체적으로는, 1가의 도전성 부여 원소와 5가의 도전성 부여 원소가 동일한 원자수로 첨가되어 있는 것을 제외한다. 또한, 2가의 도전성 부여 원소와 4가의 도전성 부여 원소가 동일한 원자수로 첨가되어 있는 것을 제외한다.
도전성 부여 원소로서는, 1족, 2족, 12족, 전이 금속 원소(단, Sc, Y, 란타노이드 및 악티노이드를 제외함) 등이 예시된다. 이들은 1종류를 사용해도, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다.
본 형태의 압전막은, 육방정과 입방정의 적층형 결정 구조를 갖는다. 육방정의 ScAlN 결정은, 압전 상수 d33 등의 압전 성능이 우수하다. 한편, 입방정의 ScAlN은, 압전 성능이 없거나 또는 낮지만, 상기한 바와 같이 도전성 부여 원소의 첨가에 의해 도전성을 나타낼 수 있다. 따라서, 입방정의 ScAlN을 예를 들어 전극으로서 이용하는 것이 가능하게 된다. 즉, 입방정의 ScAlN을 육방정의 ScAlN에 전기적으로 도통하는 전극으로서 이용할 수 있다.
ScAlN에 있어서의 Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 압전 성능이 없거나 또는 낮은 입방정의 ScAlN이 생성되기 쉽다. 따라서, 도전성 부여 원소의 첨가에 의한 입방정의 ScAlN의 도전화에 의한 장점이 커진다.
다음에, 본 형태의 압전막의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 10에 예시되는 바와 같이, 기판(3) 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막(111)을 성막함으로써, 압전막(111)을 제조할 수 있다. 구체적으로는, 이하의 성막 초기 공정 및 성막 후기 공정을 행함으로써, 압전막(111)을 제조할 수 있다.
성막 초기 공정에 있어서는, 압전막(111)의 성막 초기에 도전성 부여 원소를 첨가하면서 ScAlN으로 이루어지는 압전막(111)을 에피택셜 성장시킨다. 성막 후기 공정에 있어서는, 도전성 부여 원소를 실질적으로 첨가하지 않고, ScAlN으로 이루어지는 압전막을 에피택셜 성장시킨다.
압전 초기 공정 및 압전 후기 공정에 있어서는, 예를 들어 스퍼터링에 의해 압전막(111)의 성막을 행할 수 있다. 스퍼터링은, 예를 들어 실시 형태 1과 마찬가지로 하여 행할 수 있다.
압전 초기 공정과 압전 후기 공정의 전환 타이밍은, 적절하게 조정할 수 있다. 예를 들어, Sc 함유량이 높은 ScAlN의 성막에서는, 기판측에 입방정의 ScAlN이 많이 생성되는 경향이 있기 때문에, 압전 초기 공정으로부터 압전 후기 공정으로의 전환 타이밍을 늦추는 것이 바람직하다. 한편, Sc 함유량이 낮은 ScAlN의 성막에서는, 입방정의 ScAlN의 생성량이 적어지는 경향이 있기 때문에, 전환 타이밍을 빠르게 할 수 있다. 따라서, 예를 들어 ScAlN에 있어서의 Sc양에 기초하여 전환 타이밍을 조정할 수 있다.
성막 초기 공정과 성막 후기 공정의 사이에, 도전성 부여 원소의 첨가량을 점차 적게 하는 성막 중기 공정을 마련해도 된다. 이 경우에는, 결정 구조의 연속성이 유지되기 쉬워져, ScAlN의 결정성이 양호해진다. 예를 들어 스퍼터링에 있어서는, 도전성 부여 원소를 포함하는 타깃에 가하는 전력을 점차 저하시킴으로써, 성막 중기 공정을 행할 수 있다.
압전막(111)은, 기판(3) 상에 형성할 수 있다. 기판(3)의 재질로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 실리콘, 도전성 금속, 사파이어, SiC, 유리 또는 유기계 재료 등이 예시된다.
이하에, 본 형태의 제조 방법의 구체예를 나타낸다. 이 예에서는, 도전성 부여 원소가 Ti이며, 2원 스퍼터링에 의해 성막을 행하는 경우에 대하여 설명한다.
우선, ScAl 합금 타깃과 Ti 타깃의 동시 스퍼터링이 가능한 레이아웃(즉, 2원 스퍼터링)으로 한다. 이러한 레이아웃 하에서, 실시 형태 1과 마찬가지로 질소 가스를 포함하는 분위기 하에서 스퍼터링을 행한다.
성막의 초기로 되는 성막 초기 공정에서는 동시 스퍼터링을 행함으로써, Ti를 첨가하면서 ScAlN을 에피택셜 성장시킨다. 이에 의해, Ti가 첨가된 ScAlN이 기판 상에 생성된다. ScAlN 중의 Ti의 농도는 2개의 타깃에 인가하는 전력비로 제어할 수 있다. Ti의 농도는 ScAlN의 결정 구조가 깨지지 않을 정도로 조정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, Sc의 원자수와 Al의 원자수와 예를 들어 Ti와 같은 도전성 부여 원소의 총량 100at％에 대한 도전성 부여 원소의 함유량을 예를 들어 십수at％ 이하로 할 수 있다.
다음에, 성막으로부터 일정 시간 경과 후에 Ti 타깃에 대한 전력을 오프로 함으로써, Ti가 첨가되어 있지 않은 ScAlN을 생성시킨다. 또한, Ti 타깃에 대한 인가 전력을 오프로 할 때, 점차적으로 전력을 저하시키면서 오프로 할 수 있다. 이에 의해, 결정 구조의 연속성을 유지할 수 있어, ScAlN의 결정성을 양호하게 할 수 있다.
또한, 1원 스퍼터링에 의해, Ti가 첨가된 ScAlN 결정을 성막하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 우선, Ti를 도프한 ScAl 합금 타깃을 사용하여 스퍼터링을 행한다. 다음에, Ti가 도프되어 있지 않은 ScAl 합금 타깃을 사용하여 스퍼터링을 행한다. 이에 의해, Ti가 첨가된 ScAlN 상에, Ti가 첨가되어 있지 않은 ScAlN을 성막할 수 있다. 이 경우, 각 스퍼터링에 있어서 평행 평판형 레이아웃을 취하는 것이 가능해져, 양산에 적합해진다.
단, 각 스퍼터링간에 있어서의 기판의 반송 시에는 표면의 대기 폭로를 방지하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 2개의 진공실을 구비한 장치에 있어서, 진공실간을 진공 조건 하에서 반송하는 방법 등이 고려된다.
이와 같이, 본 형태의 압전막(111)에 있어서는, 기판(3)측으로부터 순차적으로, 입방정의 ScAlN 및 육방정의 ScAlN이 형성되어 있다. 그리고, 압전 성능에서는 불리한 입방정의 ScAlN에 도전성 부여 원소가 첨가됨으로써, 적어도 부분적으로 입방정의 ScAlN이 도전화되어 있다. 따라서, 압전막(111)에 있어서는, 도전화된 ScAlN과 압전 성능이 높은 육방정의 ScAlN의 전기적 도통이 가능하게 된다.
이상과 같이, 본 개시의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 상기 각 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 실시 형태에 적용하는 것이 가능하다.
압전막, 압전막 적층체는, 예를 들어 각가속도 센서, 광 스캐너, 초음파 트랜스듀서, 마이크로폰, 주파수 필터, 압력 센서, 에너지 하비스터, 잉크젯 프린터 헤드 등에 이용할 수 있다.
본 개시는 실시예에 준거하여 기술되었지만, 본 개시는 당해 실시예나 구조에 한정되는 것은 아니라고 이해된다. 본 개시는 여러 가지 변형예나 균등 범위 내의 변형도 포함한다. 더불어, 여러 가지 조합이나 형태, 나아가 그것들에 1요소만, 그 이상, 혹은 그 이하를 포함하는 다른 조합이나 형태도, 본 개시의 범주나 사상 범위에 들어가는 것이다.

Claims (38)

  1. AlN 결정과,
    해당 AlN 결정에 첨가되어 있음과 함께, 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 큰 제1 원소와,
    상기 AlN 결정에 첨가되어 있음과 함께, 4배위에서의 이온 반경이 Al보다 작은 제2 원소를 함유하고,
    상기 제1 원소의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 상기 제1 원소의 원자수가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는, 압전막(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 원소가 희토류 원소로부터 선택되는 적어도 1종인, 압전막.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 원소가 Sc인, 압전막.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 원소가 3가 원소인, 압전막.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 원소가 B인, 압전막.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 원소가 2가 원소와 4가 원소를 포함하고, 상기 2가 원소의 원자수와 상기 4가 원소의 원자수가 실질적으로 등량으로 존재하는, 압전막.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 AlN 결정에 첨가되어 있음과 함께, 4배위에서의 이온 반경이 Al 이상이고, 또한 1가 원소이며, 또한 상기 제1 원소와는 다른 원소로 이루어지는 제3 원소를 더 함유하고, 상기 제2 원소가 5가 원소이고, 해당 5가 원소의 원자수와 상기 1가 원소의 원자수가 실질적으로 등량으로 존재하는, 압전막.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 AlN 결정에 첨가되어 있음과 함께, 4배위에서의 이온 반경이 Al 이상이고, 또한 4가 원소이며, 또한 상기 제1 원소와는 다른 원소로 이루어지는 제4 원소를 더 함유하고, 상기 제2 원소가 2가 원소이고, 해당 2가 원소의 원자수와 상기 4가 원소의 원자수가 실질적으로 등량으로 존재하는, 압전막.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 AlN 결정에 첨가되어 있음과 함께, 4배위에서의 이온 반경이 Al 이상이고, 또한 2가 원소이며, 또한 상기 제1 원소와는 다른 원소로 이루어지는 제5 원소를 더 함유하고, 상기 제2 원소가 4가 원소이고, 해당 4가 원소의 원자수와 상기 2가 원소의 원자수가 실질적으로 등량으로 존재하는, 압전막.
  10. 하지층(2)과,
    해당 하지층의 표면에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막(11)을 갖고,
    상기 ScAlN의 결정의 c축과 평행 방향으로 상기 하지층의 결정 구조를 관찰하였을 때, 상기 하지층은, 6회 대칭의 결정 격자를 가짐과 함께, 해당 6회 대칭의 결정 격자에 있어서의 a축 길이가 상기 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는, 압전막 적층체(5).
  11. 제10항에 있어서, 상기 하지 재료가 c축 배향의 육방정 결정 격자를 갖는, 압전막 적층체.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 하지 재료가, Zn보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 2가 원소가 첨가된 ZnO, Ga보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 원소가 첨가된 GaN, In보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 원소가 첨가된 InN, InN 또는 Ti로 이루어지는, 압전막 적층체.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하지 재료가, Ca, Sr 및 Ba로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소가 첨가된 ZnO, 또는 Sc, Y 및 La로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소가 첨가된 GaN으로 이루어지는, 압전막 적층체.
  14. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 하지 재료는, Zn보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 2가 이외의 원소가 첨가된 ZnO, Ga보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 이외의 원소가 첨가된 GaN, 또는 In보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 이외의 원소가 첨가된 InN으로 이루어지는, 압전막 적층체.
  15. 하지층(2)과,
    해당 하지층의 표면에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막(11)을 갖고,
    상기 ScAlN의 결정의 c축과 평행 방향으로 상기 하지층의 결정 구조를 관찰하였을 때, 상기 하지층은, 3회 대칭의 결정 격자를 가짐과 함께, 상기 하지층의 표면과 평행인 격자면에 있어서의 가장 근접하는 원자간의 거리가 상기 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는, 압전막 적층체(5).
  16. 제15항에 있어서, 상기 하지 재료가 (111) 배향의 입방정 결정 격자를 갖는, 압전막 적층체.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 하지 재료가, 다이아몬드 구조 재료, 섬아연광 구조 재료, Ta 또는 Cr로 이루어지는, 압전막 적층체.
  18. 제10항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전막의 ScAlN에 있어서의 Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는, 압전막 적층체.
  19. 하지층(2)과, 해당 하지층의 표면에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막(11)을 갖는 압전막 적층체(5)의 제조 방법에 있어서,
    상기 하지층의 두께 방향으로 해당 하지층의 결정 구조를 관찰하였을 때, 6회 대칭의 결정 격자를 갖고, 해당 6회 대칭의 결정 격자에 있어서의 a축 길이가 상기 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는 하지층을 준비하는 하지층 준비 공정과,
    상기 하지층 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 에피택셜 성장시키는 성막 공정을 갖는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 하지 재료가 c축 배향의 육방정 결정 격자를 갖는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 하지 재료가, Zn보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 2가 원소가 첨가된 ZnO, Ga보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 원소가 첨가된 GaN, 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 원소가 첨가된 InN, InN 또는 Ti로 이루어지는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하지 재료가, Ca, Sr 및 Ba로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소가 첨가된 ZnO, 또는 Sc, Y 및 La로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소가 첨가된 GaN으로 이루어지는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  23. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 하지 재료는, Zn보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 2가 이외의 원소가 첨가된 ZnO, Ga보다 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 이외의 원소가 첨가된 GaN, 또는 4배위에서의 이온 반경이 큰 3가 이외의 원소가 첨가된 InN으로 이루어지는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  24. 하지층(2)과, 해당 하지층의 표면에 형성된 ScAlN으로 이루어지는 압전막(11)을 갖는 압전막 적층체(5)의 제조 방법에 있어서,
    상기 하지층의 두께 방향으로 해당 하지층의 결정 구조를 관찰하였을 때, 3회 대칭의 결정 격자를 갖고, 상기 하지층의 표면과 평행인 격자면에 있어서의 가장 근접하는 원자간의 거리가 상기 ScAlN의 a축 길이보다 긴 하지 재료로 이루어지는 하지층을 준비하는 하지층 준비 공정과,
    상기 하지층 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막을 에피택셜 성장시키는 성막 공정을 갖는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 하지 재료가 (111) 배향의 입방정 결정 격자를 갖는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 하지 재료가, 다이아몬드 구조 재료, 섬아연광 구조 재료, Ta, 또는 Cr로 이루어지는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전막의 ScAlN에 있어서의 Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  28. 제19항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성막 공정은 스퍼터링에 의해 행하는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  29. 제19항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하지층을 적어도 부분적으로 제거하는 제거 공정을 더 갖는, 압전막 적층체의 제조 방법.
  30. 육방정과 입방정의 적층형 결정 구조를 갖는 ScAlN으로 이루어지고, 상기 입방정의 ScAlN에 3가 원소 이외의 원소로 이루어지는 도전성 부여 원소가 첨가된, 압전막(111).
  31. 제30항에 있어서, 상기 도전성 부여 원소가 상기 입방정의 ScAlN의 Al 사이트의 일부에 첨가된, 압전막.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 도전성 부여 원소가, 1족, 2족, 12족 및 전이 금속 원소(단, Sc, Y, 란타노이드 및 악티노이드를 제외함)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 압전막.
  33. 제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 ScAlN에 있어서의 Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는, 압전막.
  34. 기판(3) 상에 ScAlN으로 이루어지는 압전막(111)을 성막함으로써, 압전막을 제조하는 방법이며,
    상기 압전막의 성막 초기에 3가 이외의 원소로 이루어지는 도전성 부여 원소를 첨가하면서 상기 압전막을 에피택셜 성장시키는 성막 초기 공정과,
    해당 성막 초기 공정 후에, 상기 도전성 부여 원소를 실질적으로 첨가하지 않고, 상기 압전막을 성장시키는 성막 후기 공정을 갖는, 압전막의 제조 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 도전성 부여 원소가, 1족, 2족, 12족 및 전이 금속 원소(단, Sc, Y, 란타노이드 및 악티노이드를 제외함)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 압전막의 제조 방법.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서, 상기 ScAlN에 있어서의 Sc의 원자수와 Al의 원자수의 총량 100at％에 대한 Sc가 차지하는 비율이 43at％를 초과하는, 압전막의 제조 방법.
  37. 제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판이, 실리콘, 도전성 금속, 사파이어, SiC, 유리 또는 유기계 재료로 이루어지는, 압전막의 제조 방법.
  38. 제34항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압전막의 성막은 스퍼터링에 의해 행하는, 압전막의 제조 방법.
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