WO2011002028A1 - 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

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 Download PDF

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守人 秋山
一彦 加納
明彦 勅使河原
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独立行政法人産業技術総合研究所
株式会社デンソー
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric thin film, and more particularly to a method for manufacturing a piezoelectric thin film including an aluminum nitride thin film to which scandium is added on a substrate.
  • IF and RF filters can be cited.
  • Specific examples of the IF and RF filters include a SAW filter that is a filter using surface acoustic wave resonators (Surface ⁇ ⁇ Acoustic Wave Resonator; SAWR).
  • SAW filter is a filter that uses a resonator that utilizes acoustic waves that travel on the surface of a solid, and responds to the strict demands of users through improvements in design and production technology.
  • the SAW filter is approaching the limit of improvement in characteristics as the frequency of use increases.
  • FBAR thin film bulk acoustic resonator
  • RF-MEMS is a technology that has been attracting attention in recent years.
  • MEMS which is a technology for manufacturing devices such as ultra-small actuators, sensors, and resonators by creating mechanical microstructures mainly on a semiconductor substrate, is an RF front. It is applied to the end.
  • An FBAR filter which is one of RF-MEMS devices is a filter using a resonator using a thin film thickness longitudinal vibration mode exhibiting piezoelectric response.
  • it is a filter using a resonator that uses a phenomenon in which a piezoelectric thin film causes a longitudinal vibration in the thickness of an input high-frequency electric signal, and the vibration resonates in the thickness direction of the thin film.
  • the FBAR filter having such characteristics has low loss and enables operation in a wide band, while realizing further downsizing and power saving of portable devices.
  • RF-MEMS capacitors and RF-MEMS switches which are RF-MEMS devices other than FBAR filters, also realize low loss, high isolation, and low distortion in the high frequency band by utilizing the piezoelectric phenomenon. Yes.
  • Patent Document 1 discloses that a piezoelectric thin film including an aluminum nitride thin film to which scandium is added as a third component can obtain good piezoelectric response.
  • JP 2009-010926 A Publication Date: January 15, 2009
  • the piezoelectric thin film described in Patent Document 1 when the total amount of scandium atoms and aluminum atoms in the aluminum nitride thin film is 100 atomic%, the number of scandium atoms is in the range of 35 to 40 atomic%. In this case, the piezoelectric response is reduced as compared with the case where no scandium is contained (see FIG. 1B). That is, the piezoelectric thin film described in Patent Document 1 still has room for improvement.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its main purpose is that the number of scandium atoms is in the range of 35 to 40 atomic% in a piezoelectric thin film including an aluminum nitride thin film to which scandium is added.
  • an object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing a piezoelectric thin film in which the piezoelectric response does not decrease as compared with the case where no scandium is contained.
  • the inventors of the present invention have intensively studied a method for manufacturing a piezoelectric thin film in which the piezoelectric response does not decrease even when the number of scandium atoms is in the range of 35 to 40 atomic%.
  • a method for manufacturing a piezoelectric thin film in which the piezoelectric response does not decrease even when the number of scandium atoms is in the range of 35 to 40 atomic% As a result, when sputtering scandium and aluminum, By making the substrate temperature within a certain temperature range, it was found that the piezoelectric response in the piezoelectric thin film was not lowered, and the present invention was completed.
  • the present invention has been completed based on such novel findings, and includes the following inventions.
  • the piezoelectric thin film manufacturing method is a method for manufacturing a piezoelectric thin film including an aluminum nitride thin film containing scandium on a substrate, and includes an atmosphere containing at least nitrogen gas.
  • Aluminum and scandium so that the scandium content is in the range of 0.5 to 50 atomic% when the total amount of scandium atoms and aluminum atoms in the aluminum nitride thin film is 100 atomic%.
  • the substrate temperature in the sputtering step is in the range of 5 to 450 ° C.
  • the scandium content is 35 atomic% to 40 atomic%.
  • the total amount of scandium atoms and the number of aluminum atoms in the aluminum nitride thin film is obtained by using aluminum and scandium.
  • Sputtering is performed so that the scandium content is in the range of 0.5 to 50 atomic% when the content is 100 atomic%.
  • the temperature of the substrate during sputtering is set to a range of 5 to 450 ° C.
  • (c) is the case where the substrate temperature is 580 ° C. and the Sc content is 43 atomic%
  • (d) is the case where the substrate temperature is 400 ° C. This is a case where the content is 0 atomic%
  • (e) is a case where the Sc content is 36 atomic% at a substrate temperature of 400 ° C.
  • (f) is a case where the Sc content is 43 atomic% at a substrate temperature of 400 ° C.
  • (G) is a figure which shows the relationship between Sc content rate when the substrate temperature at the time of sputtering is set to 400 degreeC or 580 degreeC, and the particle size of Sc containing aluminum nitride.
  • the piezoelectric thin film according to the present invention is used for a piezoelectric element utilizing a piezoelectric phenomenon
  • its specific application is not particularly limited.
  • it can be used for a SAW device or an RF-MEMS device.
  • the “piezoelectric body” in this specification and the like means a substance having a property of generating a potential difference when a mechanical force is applied, that is, piezoelectricity (hereinafter also referred to as piezoelectric response).
  • the “piezoelectric thin film” means a thin film having the above properties.
  • atomic% in this specification and the like refers to atomic percentage, and in this specification and the like, the total amount of scandium atoms and aluminum atoms is 100 atomic% unless otherwise specified. It represents the number of scandium atoms or the number of aluminum atoms. In other words, it can be paraphrased as the concentration of scandium atoms and aluminum atoms in aluminum nitride containing scandium. In the present specification, the atomic percentage of scandium will be described below as the content of scandium with respect to aluminum nitride.
  • An aluminum nitride thin film containing scandium (hereinafter also referred to as an Sc-containing aluminum nitride thin film) uses a general formula, and Sc x Al 1-x N (wherein x represents a scandium content, 0.005 to (It is a range of 0.5).
  • an aluminum nitride thin film having a scandium content of 10 atomic% is expressed as “Sc 0.10 Al 0.90 N”.
  • the structure of the piezoelectric thin film according to the present invention will be described below.
  • an Sc-containing aluminum nitride thin film is formed on a substrate.
  • the Sc-containing aluminum nitride thin film contains scandium atoms in the range of 0.5 to 50 atomic%, where the total amount of scandium atoms and aluminum atoms is 100 atomic%.
  • the substrate is not particularly limited as long as it can hold the Sc-containing aluminum nitride thin film without deformation.
  • a material of the substrate for example, silicon (Si) single crystal or a material in which silicon, diamond and other polycrystalline films are formed on the surface of a base material such as Si single crystal can be used.
  • the piezoelectric thin film according to the present invention preferably has an FWHM of an X-ray rocking curve of 3.2 degrees or less.
  • the scandium content at which the FWHM of the X-ray rocking curve is 3.2 degrees or less is 0.5 atomic% to 45 atomic%. Therefore, it can be said that the piezoelectric thin film according to the present invention preferably has a scandium content of 0.5 atomic% to 45 atomic%.
  • the details of the measurement conditions of the X-ray rocking curve in the piezoelectric thin film are shown below, and the description thereof is omitted here.
  • the piezoelectric thin film according to the present invention preferably has a surface roughness Ra of a value smaller than 1.2 nm.
  • the fact that the FWHM of the X-ray rocking curve is 3.2 degrees or less and the surface roughness Ra of the piezoelectric thin film is less than 1.2 nm means that the degree of crystal orientation is large. That is, by setting the FWHM of the X-ray rocking curve and the surface roughness of the piezoelectric thin film within the above range, the degree of crystal orientation is increased, so that the piezoelectricity of the piezoelectric thin film can be improved. it can.
  • the method for manufacturing a piezoelectric thin film according to the present invention includes an atmosphere containing nitrogen gas (N 2 ) (for example, a nitrogen gas (N 2 ) atmosphere or a mixed atmosphere of nitrogen gas (N 2 ) and argon gas (Ar).
  • N 2 nitrogen gas
  • Ar argon gas
  • a sputtering step of sputtering is included so as to be in the range of 0.5 to 50 atomic%.
  • the substrate temperature in the sputtering process is set to 5 to 450 ° C. Even within this temperature range, the substrate temperature in the sputtering step is preferably 200 to 400 ° C., and most preferably 400 ° C.
  • the substrate temperature in the sputtering step By setting the substrate temperature in the sputtering step to 5 to 450 ° C., it is possible to form a Sc-containing aluminum nitride thin film having excellent adhesion and high purity by forming a thin film by sputtering.
  • the substrate temperature in the sputtering process By setting the substrate temperature in the sputtering process to 5 to 450 ° C., the piezoelectric response within the scandium content of 35 to 40 atomic% is compared with the piezoelectric response of the aluminum nitride thin film with a scandium content of 0%. Can be improved.
  • the substrate temperature in the sputtering process is set to 200 to 400 ° C., it is possible to prevent a decrease in piezoelectric response in the range of scandium content of 35 to 40 atomic%, which has conventionally been reduced in piezoelectric response. it can. This can further reduce the incidence of defective products in the manufactured piezoelectric thin film, thereby improving the manufacturing quality of the piezoelectric thin film.
  • scandium and aluminum may be used, but it is preferable to simultaneously scan scandium and aluminum.
  • an evenly distributed Sc-containing aluminum nitride thin film can be formed without uneven distribution of scandium and aluminum.
  • the substrate temperature is set in the temperature range of room temperature to 450 ° C. during the sputtering process. As described above, the substrate temperature during the sputtering step is most preferably 400 ° C. in this temperature range.
  • FIG. 2A is a diagram showing the X-ray diffraction intensity when the substrate temperature is changed between 27 to 580 ° C. when forming the Sc 0.43 Al 0.57 N thin film on the silicon substrate. is there.
  • the X-ray diffraction intensity is measured using M03X-HF manufactured by Mac Science.
  • a single peak is observed at 37.00 ° when the substrate temperature is 27 to 400 ° C., and is maximum when the substrate temperature is 400 ° C.
  • the substrate temperature exceeds 500 ° C.
  • peaks are observed at two angles of 36.06 ° and 37.30 °, and the peak size also decreases.
  • the substrate temperature is 580 ° C.
  • a single peak is observed again at 37.30 °, but the peak size further decreases.
  • the peak is maximum when the substrate temperature is 400 ° C., and when it exceeds 500 ° C., the peak position shifts to a higher angle and the peak size decreases. It is shown.
  • the substrate temperature is 400 ° C.
  • the crystallinity of the Sc-containing aluminum nitride becomes the highest
  • the lattice constant c of the crystal becomes shorter.
  • normal temperature in this specification and the like is a temperature defined in the JIS standard (JIS Z 8703) and means a temperature in the range of 20 ° C. ⁇ 15 ° C. (ie, 5 to 35 ° C.). .
  • the scandium content in the Sc-containing aluminum nitride thin film may be in the range of 0.5 to 50 atomic%, more preferably in the range of 35 to 43 atomic%, and most preferably 43 atomic%.
  • the Sc-containing aluminum nitride thin film in the piezoelectric thin film according to the present invention has a scandium content of 0.5 to 50 atomic% so as to exceed the piezoelectric response when the scandium content is 0 atomic%.
  • FIG. 2B is a graph showing changes in X-ray diffraction intensity when the scandium content is changed between 0 and 55 atomic%. Note that the X-ray diffraction intensity was measured using M03X-HF manufactured by Mac Science, as before.
  • the X-ray diffraction intensity increases as the scandium content increases up to 41 atomic%. However, when the scandium content is 45 atomic% or more, the X-ray diffraction intensity sharply decreases. Thus, FIG. 2B shows that the peak is maximized when the scandium content is 43 atomic%.
  • FIG. 1 (a) shows that when the scandium content is increased from 0 to 43 atomic%, the piezoelectric response increases accordingly.
  • the piezoelectric response of the piezoelectric thin film becomes the maximum value (about 28 pC / N). This is larger than the piezoelectric response (about 25 pC / N) when the substrate temperature is 580 ° C.
  • the piezoelectric thin film according to the present invention differs from the conventional piezoelectric thin film including the Sc-containing aluminum nitride thin film in that the scandium content is between 35 and 40 atomic%. There is no reduction in responsiveness.
  • the target power density of aluminum is fixed within the range of 7.9 W / cm 2 in the sputtering step
  • the target power density of scandium is The range may be 0.05 to 10 W / cm 2 .
  • the “power density” in this specification and the like is a value obtained by dividing the sputtering power by the target area.
  • the term “target power density” simply refers to the target power density of scandium unless otherwise specified.
  • the case where the target power density is in the range of 0.05 to 10 W / cm 2 corresponds to the case where the scandium content is in the range of 0.5 to 50 atomic%.
  • the target power density may be in the range of 6.5 to 8.5 W / cm 2 .
  • the sputtering step other conditions are not particularly limited as long as the substrate temperature is in the range of room temperature to 450 ° C. and the target power density is in the above range.
  • the sputtering pressure and the sputtering time can be appropriately set according to the piezoelectric thin film to be produced.
  • the piezoelectric response in a piezoelectric thin film having a scandium content of 35 to 40 atomic% can be improved as compared with an aluminum nitride thin film not containing Sc.
  • the Sc-containing aluminum nitride thin film can be more easily improved in piezoelectric response.
  • the provided piezoelectric thin film can be manufactured.
  • the manufacturing quality of the piezoelectric thin film can be improved.
  • the temperature of the substrate in the sputtering step is in the range of 200 to 400 ° C.
  • the temperature of the substrate in the sputtering step is 400 ° C.
  • sputtering is performed so that the scandium content is in a range of 35 to 40 atomic%.
  • the piezoelectric thin film manufactured by the manufacturing method according to the present invention is also included in the category of the present invention.
  • the manufactured piezoelectric thin film preferably has a full width at half maximum of the X-ray rocking curve of 3.2 degrees or less.
  • the manufactured piezoelectric thin film has a surface arithmetic average roughness smaller than 1.2 nm.
  • Example 1 Metal for producing scandium-added aluminum nitride thin film
  • Aluminum and scandium were sputtered onto the silicon substrate in a nitrogen atmosphere to produce a Sc-containing aluminum nitride thin film on the silicon substrate.
  • a dual RF magnetron reactive sputtering apparatus (ULVAC, MPS series) was used.
  • the sputtering conditions were a substrate temperature of 400 ° C., a nitrogen gas concentration of 40%, and a particle growth pressure of 0.25 Pa.
  • aluminum and scandium were sputtered onto a target having a diameter of 50.8 mm with a target power of 160 W, respectively.
  • the sputtering chamber was depressurized to 1.2 ⁇ 10 ⁇ 6 Pa or less, and 99.999% argon and 99.999% nitrogen gas were introduced.
  • the target was sputtered for 3 minutes under the same conditions as the vapor deposition conditions before vapor deposition.
  • the scandium content in the produced Sc-containing aluminum nitride thin film was calculated based on the result of analysis by an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (Horida, EX-320X).
  • piezoelectric response measurement method The piezoelectric response of the produced Sc-containing aluminum nitride thin film was measured at a weight of 0.25 N and a frequency of 110 Hz using a piezometer (PM100 manufactured by Piezoptest).
  • Crystal structure analysis by X-ray The crystal structure and orientation of the Sc-containing aluminum nitride in the prepared Sc-containing aluminum nitride thin film were measured by a fully automatic X-ray diffractometer (M03X-HF, manufactured by Mac Science) using CuK ⁇ rays as an X-ray source.
  • the length of the c axis in the crystal lattice was calculated based on the measured X-ray diffraction pattern. Further, the full width at half maximum (FWHM) of the X-ray rocking curve was measured.
  • Example 1 A Sc-containing aluminum nitride thin film was produced by the same production method as in Example 1 except that the temperature of the silicon substrate in sputtering was 580 ° C.
  • Example 2 the piezoelectric response of the Sc-containing aluminum nitride thin film produced by the same method as in Example 1 was measured. Furthermore, the length of the c-axis and the full width at half maximum (FWHM) of the X-ray rocking curve in the crystal lattice were also measured by the same method as in Example 1.
  • FWHM full width at half maximum
  • Example 1 [Measurement results of Example 1 and Comparative Example 1] The piezoelectric response measured in Example 1 is shown in FIG. 1 (a), and the piezoelectric response measured in Comparative Example 1 is shown in FIG. 1 (b).
  • the Sc-containing aluminum nitride thin film prepared at a substrate temperature of 400 ° C. not only prevents the decrease in piezoelectric response at a Sc content of 35 to 40 atomic%, but also contains scandium as shown in FIG. It was confirmed that the piezoelectric response was improved as compared with the case where the control was not performed.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) parameters calculated based on the X-ray diffraction patterns of the Sc-containing aluminum nitride thin film produced in Example 1 and the Sc-containing aluminum nitride thin film produced in Comparative Example 1 are shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b).
  • . 3A is a diagram showing the length of the c-axis in the crystal lattice of the produced Sc-containing aluminum nitride
  • FIG. 3B is the FWHM (half value) of the X-ray rocking curve of the produced Sc-containing aluminum nitride.
  • Example 1 substrate temperature 400 ° C.
  • Comparative Example 1 substrate temperature 580 ° C.
  • the Sc content exceeds 30 atomic%
  • the value of the lattice constant c is It dropped sharply.
  • Example 1 substrate temperature 400 ° C.
  • Comparative Example 1 substrate temperature 580 ° C.
  • the value of FWHM increased rapidly when the Sc content exceeded 30 atomic%, and decreased rapidly when it exceeded 35 atomic%.
  • Sc content rate exceeded 43 atomic%, it increased rapidly again.
  • the FWHM of the rocking curve was measured using a fully automatic X-ray diffractometer (MXP3VA-B type) manufactured by Mac Science Co., Ltd.
  • MXP3VA-B type fully automatic X-ray diffractometer
  • Cu—K ⁇ was used as the X-ray source
  • slits of D: 1 °, S: 1 °, and R: 0.3 ° were used.
  • Example 2 The surface roughness of the Sc-containing aluminum nitride thin film in which the substrate temperature during sputtering was 400 ° C. and the scandium content was 0 atomic%, 36 atomic%, and 43 atomic% was measured. The particle size (particle size) of the Sc-containing aluminum nitride was also measured.
  • surface roughness was measured using an atomic force microscope (AFM).
  • AFM atomic force microscope
  • surface roughness in this specification and the like means arithmetic average roughness (Ra).
  • 4 (a) to 4 (g) are diagrams in which the surface roughness and crystal grain size in Example 2 and Comparative Example 2 were measured using an atomic force microscope.
  • FIG. 4 (a) shows a substrate temperature of 580 ° C. The case where the Sc content is 0 atomic%, (b) is the case where the Sc content is 36 atomic% at the substrate temperature of 580 ° C., and (c) is the case where the Sc content is 43 atomic% at the substrate temperature of 580 ° C. , (D) is the case where the substrate temperature is 400 ° C.
  • FIG. 4G is a graph showing the relationship between the Sc content and the particle size of the Sc-containing aluminum nitride when the substrate temperature during sputtering is 400 ° C. or 580 ° C.
  • the substrate temperature is 400. There was almost no difference in the surface roughness at 580 ° C. or 580 ° C.
  • the surface roughness is 0.5 nm at a substrate temperature of 400 ° C.
  • the substrate temperature is At 580 ° C.
  • the surface roughness was 2.7 nm.
  • FIG. 4G when the substrate temperature was 580 ° C. and the scandium content was 36 atomic%, the size of the particles was non-uniform.
  • Example 3 The piezoelectric responsiveness of the Sc-containing aluminum nitride thin film with an Sc content of 37 atomic% when the substrate temperature during sputtering is normal temperature (20 ° C.), 200 ° C., 400 ° C., 450 ° C., 500 ° C. and 580 ° C. It was measured.
  • the conditions other than the substrate temperature and the piezoelectric response measurement conditions in the production of the Sc-containing aluminum nitride thin film are the same as those in Example 1.
  • FIG. 5 shows the piezoelectric response when the substrate temperature is normal temperature (20 ° C.), 200 ° C., 400 ° C., 450 ° C., 500 ° C. and 580 ° C.
  • the piezoelectric response increased with increasing substrate temperature from room temperature to 400 ° C., and showed a maximum value at 400 ° C.
  • the piezoelectric response decreased sharply, and at 500 ° C., the value became lower than the piezoelectric response of the aluminum nitride thin film having an Sc content of 0 atomic%.
  • the phenomenon that the piezoelectric response is lower at the Sc content of 35 to 40 atomic% than when the Sc content is 0 atomic% is that the substrate temperature during sputtering is from room temperature (20 ° C.) to It was shown that it can be prevented by setting the temperature to 450 ° C.
  • the piezoelectric thin film manufactured by the manufacturing method according to the present invention can be suitably used in a device using a piezoelectric phenomenon such as an RF-MEMS device.
  • the RF-MEMS device including the piezoelectric thin film manufactured by the manufacturing method according to the present invention can be suitably used for small and high-performance electronic equipment such as a mobile phone.

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Abstract

　本発明に係る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は、少なくとも窒素ガスを含む雰囲気下において、アルミニウムとスカンジウムとでスパッタリングするスパッタリング工程を含む。本発明に係る製造方法におけるスパッタリング工程では、基板温度を５～４５０℃の範囲で、スカンジウムの含有率が０．５～５０原子％の範囲となるようにスパッタリングする。

Description

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
　本発明は、圧電体薄膜の製造方法に関するものであり、特に、基板上にスカンジウムを添加した窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜の製造方法に関するものである。
　圧電現象を利用するデバイスは、幅広い分野において用いられており、小型化および省電力化が強く求められている携帯電話機などの携帯用機器において、その使用が拡大している。その一例として、ＩＦ（Intermediate Frequency）およびＲＦ（Radio Frequency）用フィルタなどを挙げることができる。ＩＦおよびＲＦ用フィルタの具体例としては、弾性表面波共振子（Surface Acoustic Wave Resonator；ＳＡＷＲ）を用いたフィルタであるＳＡＷフィルタなどがある。
　ＳＡＷフィルタは、固体表面を伝わる音響波を利用する共振子を用いたフィルタであり、設計および生産技術の向上により、ユーザーの厳しい要求に対応している。しかし、ＳＡＷフィルタは、利用周波数の高周波数化とともに、特性向上の限界に近づいている。
　そこで、ＳＡＷフィルタに代わる新たなフィルタとして、ＲＦ－ＭＥＭＳ（Radio Frequency－Micro Electro Mechanical System）デバイスの一つである、薄膜バルク音響波共振子（Film Bulk Acoustic Resonator；ＦＢＡＲ）を用いた、ＦＢＡＲフィルタの開発が進められている。
　ＲＦ－ＭＥＭＳは、近年注目を集めている技術であり、機械的な微小構造を主に半導体基板上に作り付け、極小のアクチュエータおよびセンサー、共振器などのデバイスを作製する技術であるＭＥＭＳをＲＦフロントエンドに適用したものである。
　ＲＦ－ＭＥＭＳデバイスの一つであるＦＢＡＲフィルタは、圧電応答性を示す薄膜の厚み縦振動モードを用いた共振子によるフィルタである。すなわち、入力される高周波電気信号に対して、圧電体薄膜が厚み縦振動を起こし、その振動が薄膜の厚さ方向において共振を起こす現象を用いた共振子によるフィルタであり、ギガヘルツ帯における共振が可能である。このような特性を有するＦＢＡＲフィルタは、低損失であり、かつ広帯域における動作を可能としつつ、携帯用機器のさらなる小型化および省電力化を実現している。
　また、ＦＢＡＲフィルタ以外のＲＦ－ＭＥＭＳデバイスであるＲＦ－ＭＥＭＳキャパシタおよびＲＦ－ＭＥＭＳスイッチなどにおいても、圧電現象を利用することによって、高周波数帯における低損失、高アイソレーションおよび低ひずみを実現している。
　特許文献１には、第３成分としてスカンジウムを添加した窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜において、良好な圧電応答性が得られることが開示されている。
日本国公開特許公報「特開２００９－０１０９２６号公報（公開日：２００９年１月１５日）」
　しかし、特許文献１に記載の圧電体薄膜では、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、スカンジウムの原子数が３５～４０原子％の範囲の場合には、スカンジウムを含有させない場合と比較して、圧電応答性が低下している（図１（ｂ）参照）。すなわち、特許文献１に記載の圧電体薄膜には、未だ改良の余地が残されている。
　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、スカンジウムを添加した窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜において、スカンジウムの原子数が３５～４０原子％の範囲であっても、スカンジウムを含有させない場合と比較して圧電応答性が低下しない、圧電体薄膜を作製することができる製造方法を提供することにある。
　本発明の発明者らは、スカンジウムの原子数が３５～４０原子％の範囲であっても圧電応答性が低下しない、圧電体薄膜の製造方法について鋭意検討した結果、スカンジウムおよびアルミニウムをスパッタリングする際の基板温度をある温度範囲とすることにより、圧電体薄膜における圧電応答性の低下が生じないことを見出し、本発明を完成させるに至った。本発明は、係る新規な知見に基づいて完成されたものであり、以下の発明を包含する。
　本発明に係る圧電体薄膜の製造方法では、上記課題を解決するために、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０．５～５０原子％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、５～４５０℃の範囲であることを特徴としている。
　上記の構成によれば、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、スカンジウムの含有率が、３５原子％～４０原子％である場合であっても、圧電体薄膜における圧電応答性が低下することを防止することができる。また、スカンジウムの含有率が３５原子％～４０原子％の場合であっても、スカンジウムを含有させていない窒化アルミニウム薄膜と比べて向上させることができる。
　これによって、圧電体薄膜の製造におけるスカンジウムの含有率の緻密な設定を不要にすることができるため、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を容易に製造することができる効果を奏する。すなわち、製造される圧電体薄膜における不良品の発生率を低減することができる。
　以上説明したように、本発明に係る圧電体薄膜の製造方法では、少なくとも窒素ガスを含む雰囲気下において、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％の範囲となるように、スパッタリングする。そして、スパッタリング時における基板の温度を５～４５０℃の範囲とする。
　これによって、スカンジウムの含有率が、３５～４０原子％である場合であっても、スカンジウムを含有させない場合と比較して圧電応答性が低下することを防止することができる。
　本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明によって明白になるであろう。
本発明に係る圧電体薄膜におけるスカンジウム含有率と圧電応答性との関係を示す図であり、（ａ）はスパッタリング工程時の基板温度が４００℃の場合であり、（ｂ）はスパッタリング工程時の基板温度が５８０℃の場合である。 本発明に係る圧電体薄膜のＸ線回折強度を示す図であり、（ａ）はスパッタリング工程時の基板温度を変化させた場合であり、（ｂ）はスカンジウム含有率を変化させた場合である。 実施例１において作製した圧電体薄膜および比較例１において作製した圧電体薄膜のＸ線回折パターンに基づいて算出したパラメータを示す図であり、（ａ）はＳｃ含有窒化アルミニウムの結晶格子におけるｃ軸の長さを示す図であり、（ｂ）はＳｃ含有窒化アルミニウムのＸ線ロッキングカーブのＦＷＨＭを示す図である。 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％の場合であり、（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。 基板温度を常温（２０℃）、２００℃、４００℃、４５０℃、５００℃および５８０℃としたときのスカンジウム含有率４２％のスカンジウム含有窒化アルミニウム薄膜の圧電応答性を示す図である。
　本発明に係る圧電体薄膜について、図１（ａ）および（ｂ）～図２（ａ）および（ｂ）を参照して以下に説明する。本発明に係る圧電体薄膜について説明するに先立って、本明細書等において用いる用語等について以下に説明する。
　本発明に係る圧電体薄膜は、圧電現象を利用した圧電素子に用いる場合、その具体的な用途は特に限定されるものではない。例えば、ＳＡＷデバイスまたはＲＦ－ＭＥＭＳデバイスに利用することができる。ここで、本明細書等における「圧電体」とは、力学的な力が印加されることにより電位差を生じる性質、すなわち圧電性（以下、圧電応答性とも称する）を有する物質を意味する。また、「圧電体薄膜」とは、上記性質を有する薄膜を意味する。
　また、本明細書等における「原子％」とは、原子百分率を指しており、本明細書等においては、特に断りのない限り、スカンジウム原子数とアルミニウム原子数との総量を１００原子％としたときのスカンジウム原子の数またはアルミニウム原子の数を表す。すなわち、スカンジウムを含有した窒化アルミニウムにおけるスカンジウム原子およびアルミニウム原子の濃度と言い換えることもできる。また、本明細書においては、スカンジウムの原子％を、窒化アルミニウムに対するスカンジウムの含有率として以下に説明する。
　スカンジウムを含有した窒化アルミニウム薄膜（以下、Ｓｃ含有窒化アルミニウム薄膜とも称する）は、一般式を用いて、ＳｃｘＡｌ１－ｘＮ（式中、ｘはスカンジウムの含有率を示し、０．００５～０．５の範囲である）と表すこともある。例えば、スカンジウムの含有率が１０原子％である窒化アルミニウム薄膜は、「Ｓｃ０．１０Ａｌ０．９０Ｎ」と表す。
　（圧電体薄膜の構成）
　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。
　基板は、Ｓｃ含有窒化アルミニウム薄膜を変形することなく保持することができるものであれば特に限定されるものではない。基板の材質としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）単結晶、またはＳｉ単結晶などの基材の表面にシリコン、ダイヤモンドおよびその他の多結晶膜を形成したものを用いることができる。
　また、本発明に係る圧電体薄膜は、Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭが３．２度以下であることが好ましい。Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭが３．２度以下となるスカンジウム含有率は、０．５原子％～４５原子％である。したがって、本発明に係る圧電体薄膜は、スカンジウム含有率が０．５原子％～４５原子％であることが好ましいと換言することもできる。なお、圧電体薄膜におけるＸ線ロッキングカーブの測定条件などの詳細については下記に示すため、ここではその説明を省略する。
　さらに、本発明に係る圧電体薄膜は、表面粗さＲａが１．２ｎｍより小さい値であることが好ましい。
　Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭが３．２度以下であり、圧電体薄膜の表面粗さＲａが１．２ｎｍより小さい値であるということは、結晶配向度が大きいことを意味している。すなわち、Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭおよび圧電体薄膜の表面粗さを上記の範囲内とすることにより、結晶が同じ方向を向いている度合いを大きくなるため、圧電体薄膜の圧電性を高めることができる。
　（圧電体薄膜の製造方法）
　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。
　スパッタリング工程における基板温度を５～４５０℃とすることにより、スパッタリングにより薄膜を形成することによって、密着性に優れ、純度の高いＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜を形成することができる。スパッタリング工程における基板温度を５～４５０℃とすることにより、スカンジウムの含有率が３５～４０原子％の範囲内の圧電応答性を、スカンジウム含有率が０％の窒化アルミニウム薄膜の圧電応答性と比べて向上することができる。
　また、スパッタリング工程における基板温度を、２００～４００℃とすることにより、従来では圧電応答性に低下が生じていたスカンジウム含有率３５～４０原子％における範囲における圧電応答性の低下を防止することができる。これによって、製造される圧電体薄膜における不良品の発生率をより一層低減することができるため、圧電体薄膜の製造品質を向上することができる。
　なお、スパッタリング工程は、スカンジウムとアルミニウムとを用いればよいが、スカンジウムとアルミニウムとを同時にスパッタリングすることが好ましい。スカンジウムとアルミニウムとを同時にスパッタリングすることによって、スカンジウムおよびアルミニウムが一部に偏在することなく、均一に分布したＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜を形成することができる。
　（スパッタリング工程の詳細：基板温度）
　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。
　以下には、基板温度を４００℃することが最も好ましいことを導出した理由について簡単に説明する。図２（ａ）は、シリコン基板上にＳｃ０．４３Ａｌ０．５７Ｎ薄膜を形成する際の基板温度を２７～５８０℃までの間で変化させた時のＸ線回折強度を示す図である。なお、Ｘ線回折強度は、マックサイエンス社製のＭ０３Ｘ－ＨＦを用いて測定している。
　図２（ａ）に示すように、基板温度が２７～４００℃の間は、単一のピークが３７．００°に観測され、４００℃のときに最大となる。基板温度が５００℃を超えると、ピークは、３６．０６°および３７．３０°の２つの角度において観測され、ピークの大きさも減少する。そして、基板温度が５８０℃では、再度単一のピークが３７．３０°に観測されるものの、ピークの大きさはさらに減少する。
　このように、図２（ａ）には、基板温度が４００℃のときにピークが最大となり、５００℃を超えると、ピーク位置が高い角度にシフトすると共に、ピークの大きさが減少することが示されている。これは、基板温度が４００℃の場合に、Ｓｃ含有窒化アルミニウムの結晶性が最も高くなり、基板温度が５００℃を超えると、結晶の格子定数ｃが短くなると換言することもできる。
　なお、本明細書等における「常温」とは、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ　Ｚ　８７０３）において規定された温度であり、２０℃±１５℃（すなわち、５～３５℃）の範囲の温度を意味している。
　（スパッタリング工程の詳細：スカンジウム含有率）
　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。
　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は、０．５～５０原子％の範囲であればよく、３５～４３原子％の範囲であることがより好ましく、４３原子％であることが最も好ましい。
　ここで、スカンジウムを含有しない（すなわち、Ｓｃ含有率０原子％）の窒化アルミニウムであっても、ある程度の圧電応答性を示す（図１（ａ））。そのため、本発明に係る圧電体薄膜におけるＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜は、スカンジウム含有率０原子％である場合の圧電応答性を超えるように、スカンジウム含有率を０．５～５０原子％とする。
　以下には、４３原子％が好ましいことを導出した理由について簡単に説明する。図２（ｂ）は、スカンジウム含有率を０～５５原子％の間で変化させたときのＸ線回折強度の変化を示す図である。なお、Ｘ線回折強度は、先と同様に、マックサイエンス社製のＭ０３Ｘ－ＨＦを用いて測定している。
　図２（ｂ）に示すように、スカンジウム含有率が４１原子％まではスカンジウム含有率の増加と共にＸ線回折強度も増加している。しかし、スカンジウム含有率が４５原子％以上となるとＸ線回折強度は急激に低下する。このように、図２（ｂ）には、スカンジウム含有率が４３原子％のときにピークが最大となることが示されている。
　なお、ピーク位置は、スカンジウム含有率の増加と共に、角度２θが小さくなるようにシフトした後、スカンジウム含有率が３７％以上になると角度２θが大きくするようにシフトする。これらのことは、Ｓｃ含有窒化アルミニウム薄膜の結晶がウルツ鉱型構造であり、ｃ軸配向を有していることを示している。
　次に、スパッタリング工程時の基板温度を４００℃とし、スカンジウム含有率を０～５５原子％の間で変化させたときの圧電応答性について図１（ａ）を参照しつつ以下に説明する。図１（ａ）に示すデータの測定方法については、下記の実施例１において詳述するため、ここではその詳細な説明は省略する。
　図１（ａ）には、スカンジウム含有率を０～４３原子％まで増加すると、それに伴って圧電応答性が増加することが示されている。そして、スカンジウム含有率が４３原子％のときに、圧電体薄膜の圧電応答性を最大値（約２８ｐＣ／Ｎ）となる。これは、従来の基板温度５８０℃の場合の圧電応答性（約２５ｐＣ／Ｎ）よりも大きい。
　また、図１（ａ）に示すように、本発明に係る圧電体薄膜では、従来のＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜と異なり、スカンジウム含有率が３５～４０原子％の間で圧電応答性の低下が生じていない。
　続いて、スカンジウム含有率を０．５～５０原子％の範囲とするための手法について、以下に説明する。スカンジウム含有率を０．５～５０原子％の範囲とするためには、スパッタリング工程において、アルミニウムのターゲット電力密度を７．９Ｗ/ｃｍ２の範囲内と固定した場合、スカンジウムのターゲット電力密度を、０．０５～１０Ｗ/ｃｍ２の範囲内とするようにすればよい。
　なお、本明細書等における「電力密度」とは、スパッタリング電力をターゲット面積で割った値である。また、本発明に係る圧電体薄膜の製造方法では、スカンジウムとアルミニウムとを同時にスパッタリングするため、スカンジウムのターゲット電力密度と、アルミニウムのターゲット電力密度との２種類のターゲット電力密度がある。本明細書等において、単に「ターゲット電力密度」と称する場合には、特に断りのない限り、スカンジウムのターゲット電力密度のことを指すものとする。
　ターゲット電力密度が０．０５～１０Ｗ/ｃｍ２の範囲内である場合には、スカンジウム含有率が０．５～５０原子％の範囲内である場合に対応する。
　スカンジウム含有率を３５～４０原子％とする場合には、ターゲット電力密度を６．５～８．５Ｗ/ｃｍ２の範囲とすればよい。
　なお、スパッタリング工程において、基板温度が常温～４５０℃の範囲であり、ターゲット電力密度が上記の範囲内であれば、その他の条件は、特に限定されるものではない。例えば、スパッタリング圧力およびスパッタリング時間は作製する圧電体薄膜に応じて、適宜設定することができる。
　（本発明に係る製造方法により作製された圧電体薄膜の利点）
　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。
　これによって、Ｓｃ含有窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜の製造におけるＳｃの含有率の緻密な設定を不要にすることができるため、より一層容易に圧電応答性の向上したＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜を製造することができる。
　また、Ｓｃ含有窒化アルミニウム薄膜を備えた圧電体薄膜の工業的な生産の際には、緻密なスカンジウム含有率を設定する必要がないため、圧電体薄膜の製造に要するコストを低減することができる。また、製造される圧電体薄膜における不良品の発生率を低減することができるため、圧電体薄膜の製造品質を向上することもできる。
　また、本発明に係る圧電体薄膜の製造方法では、さらに、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℃の範囲であることが好ましい。
　上記の構成によれば、従来の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において生じていた、スカンジウム含有率３５原子％～４０原子％の範囲における圧電応答性の低下を防止することができる。
　これによって、製造される圧電体薄膜における不良品の発生率をより一層低減することができるため、圧電体薄膜の製造品質を向上することができる効果を奏する。
　本発明に係る圧電体薄膜の製造方法では、さらに、上記スパッタリング工程における上記基板の温度が４００℃であることが好ましい。
　上記の構成によれば、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における圧電応答性の最大値をより一層向上することができる効果を奏する。
　本発明に係る圧電体薄膜の製造方法では、さらに、上記スパッタリング工程では、上記スカンジウムの含有率が３５～４０原子％の範囲となるようにスパッタリングすることが好ましい。
　なお、本発明に係る製造方法により製造される圧電体薄膜についても本発明の範疇に含まれる。
　また、製造された圧電体薄膜は、Ｘ線ロッキングカーブの半値全幅が３．２度以下であることが好ましい。
　また、製造された圧電体薄膜は、表面の算術平均粗さが１．２ｎｍより小さい値であることが好ましい。
　〔実施例１〕
　（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。
　スパッタリングには、デュアルＲＦマグネトロン反応性スパッタリング装置（ＵＬＶＡＣ社製、ＭＰＳシリーズ）を用いた。スパッタリング条件は、基板温度４００℃、窒素ガス濃度４０％、粒子成長圧力０．２５Ｐａとした。このとき、アルミニウムおよびスカンジウムは、直径５０．８ｍｍのターゲットに、それぞれ１６０Ｗのターゲット電力でスパッタリングした。
　また、スパッタリングチャンバーは、１．２×１０－６Ｐａ以下に減圧し、９９．９９９％のアルゴンおよび９９．９９９％の窒素ガスを導入した。なお、ターゲットは、蒸着前に、蒸着条件と同条件で３分間スパッタリングした。
　なお、作製したＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜中のスカンジウム含有率は、エネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置（Horida社製、ＥＸ－３２０Ｘ）により分析した結果に基づいて算出した。
　（圧電応答性測定方法）
　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。
　（Ｘ線による結晶構造解析）
　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。
　測定されたＸ線回折パターンに基づいて結晶格子におけるｃ軸の長さを算出した。また、Ｘ線ロッキングカーブの半値全幅（ＦＷＨＭ）を測定した。
　〔比較例１〕
　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。
　また、実施例１と同様の方法により作製したＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜の圧電応答性を測定した。さらに、実施例１と同様の方法で、結晶格子におけるｃ軸の長さおよびＸ線ロッキングカーブの半値全幅（ＦＷＨＭ）についても測定した。
　〔実施例１および比較例１の測定結果〕
　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。
　図１（ａ）に示すように、スパッタリング工程時の基板温度を４００℃とすることにより、基板温度を５８０℃とした際にみられたＳｃ含有率３５～４０原子％における圧電応答性の低下を防止することができることが示された。
　また、基板温度を４００℃として作製したＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜では、図１（ａ）に示すように、Ｓｃ含有率３５～４０原子％における圧電応答性の低下を防ぐだけでなく、スカンジウムを含有させないときと比べて、圧電応答性の向上を確認することができた。
　次に、実施例１において作製したＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜と比較例１において作製したＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜とのＸ線回折パターンに基づいて算出したパラメータについて図３（ａ）および（ｂ）に示す。図３（ａ）は、作製したＳｃ含有窒化アルミニウムの結晶格子におけるｃ軸の長さを示す図であり、図３（ｂ）は、作製したＳｃ含有窒化アルミニウムのＸ線ロッキングカーブのＦＷＨＭ（半値全幅）を示す図である。
　図３（ａ）に示すように、実施例１（基板温度４００℃）および比較例１（基板温度５８０℃）とのいずれも、Ｓｃ含有率が３０原子％を超えると格子定数ｃの値は急激に低下していた。しかし、実施例１と比較例１との間には、Ｓｃ含有率の増加に伴う格子定数ｃの値の増減にほとんど違いはみられなかった。
　しかし、Ｘ線ロッキングカーブのＦＷＨＭは、図３（ｂ）に示すように、実施例１と比較例１との間で大きく異なっていた。実施例１（基板温度４００℃）では、Ｓｃ含有率の増加と共にＦＷＨＭが徐々に低下し、Ｓｃ含有率４３原子％を超えると、急激にＦＷＨＭの値が増加していた。一方で、比較例１（基板温度５８０℃）では、ＦＷＨＭの値が、Ｓｃ含有率３０原子％を超えると急激に増加し、３５原子％を超えると急激に減少していた。そして、実施例１と同様に、Ｓｃ含有率が４３原子％を超えると、再度急激に増加していた。
　なお、ロッキングカーブのＦＷＨＭは、株式会社マックサイエンス製の全自動Ｘ線回折装置(ＭＸＰ３ＶＡ-Ｂ型)を使用して測定した。Ｘ線回折装置において、Ｘ線源としてはＣｕ－Ｋα使用し、スリットはＤ：１°、Ｓ：１°、Ｒ：０．３°を使用した。
　〔実施例２〕
　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。
　表面粗さは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて測定した。なお、本明細書等における「表面粗さ」とは、算術平均粗さ（Ｒａ）を意味している。
　なお、表面粗さの測定には、株式会社ＳＩＩ製のＳＰＩ３８００Ｎを使用し、カンチレバーにオリンパスのＳＮ－ＡＦ－０１（長さ１００ミクロン、周波数３４ｋＨｚ、Spring constant：０．０８Ｎ／ｍ）を使用した。
　〔比較例２〕
　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の測定結果〕
　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。
　図４（ｇ）に示すように、基板温度が高い方が、粒径も大きくなることが示された。また、基板温度に関わらず、スカンジウム含有率が増加するにつれて粒径が大きくなることが示された。
　また、図４（ａ）および図４（ｄ）ならびに図４（ｃ）および図４（ｆ）に示すように、スカンジウム含有率が０原子％および４３原子％である場合は、基板温度が４００℃であっても５８０℃であっても、表面粗さにほとんど差異はみられなかった。しかし、図４（ｂ）および図４（ｅ）に示すように、スカンジウム含有率が３６原子％の場合には、基板温度４００℃では表面粗さが０．５ｎｍであるのに対し、基板温度５８０℃では表面粗さが２．７ｎｍであった。また、図４（ｇ）に示すように、基板温度が５８０℃であって、スカンジウム含有率が３６原子％である場合には、粒子のサイズが不均一となっていた。
　図４（ａ）～（ｇ）から、基板温度を５８０℃としたときのスカンジウム含有率３５～４０原子％におけるＳｃ含有窒化アルミニウム薄膜における圧電応答性の低下が、粒子成長の不均一性に起因するものであることが示された。
　〔実施例３〕
　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。
　基板温度を常温（２０℃）、２００℃、４００℃、４５０℃、５００℃および５８０℃としたときの圧電応答性を示す図を図５に示す。
　図５に示すように、圧電応答性は、常温から４００℃までは基板温度の増加と共に増加し、４００℃において最大値を示した。基板温度が４００℃を超えると、圧電応答性は急激に減少し、５００℃ではＳｃ含有率が０原子％の窒化アルニウム薄膜の圧電応答性を下回る値となった。図５に示す結果から、Ｓｃ含有率３５～４０原子％において、Ｓｃ含有率が０原子％の場合よりも圧電応答性が低下するという現象は、スパッタリング時の基板温度を常温（２０℃）～４５０℃の範囲とすることにより防止できることが示された。
　発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施形態または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する請求の範囲内において、様々に変更して実施することができるものである。
　本発明に係る製造方法により製造された圧電体薄膜は、例えば、ＲＦ－ＭＥＭＳデバイスなどの圧電現象を利用したデバイスにおいて好適に用いることができる。また、本発明に係る製造方法により製造された圧電体薄膜を備えたＲＦ－ＭＥＭＳデバイスは、携帯電話などの小型かつ高性能な電子機器類に好適に用いることができる。

Claims (7)

  1. 　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０．５～５０原子％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、５～４５０℃の範囲であることを特徴とする製造方法。
  2. 　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請求項１に記載の製造方法。
  3. 　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または２に記載の製造方法。
  4. 　上記スパッタリング工程では、上記スカンジウムの含有率が３５～４０原子％の範囲となるようにスパッタリングすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法により製造される圧電体薄膜。
  6. 　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５に記載の圧電体薄膜。
  7. 　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５または６に記載の圧電体薄膜。
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