JP2012253243A - 圧電膜素子、圧電膜素子の製造方法、及び圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】非鉛の圧電膜と下部電極とのエッチング選択性を確保するとともに、高精度に加工することができる圧電膜素子、圧電膜素子の製造方法、及び圧電デバイスを提供する。
【解決手段】圧電膜素子１は、基板２と、基板２上に形成されたＰｔ又はＰｔを主成分とする合金からなる第１の下部電極層４と、第１の下部電極層４上に形成されたＴｉ、Ｃｒ若しくはこれらのいずれかを主成分とする合金の単層又は積層体からなる第２の下部電極層５と、第２の下部電極層５上に形成された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膜７と、圧電膜７上に形成された上部電極とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧電膜素子、圧電膜素子の製造方法、及び圧電デバイスに関する。

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、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。このＰＺＴは、圧電体材料となる酸化物を焼結することにより形成される。

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１０mｍ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に、焼結法に変わる薄膜技術等を応用した圧電体の形成法が研究されるようになってきた。

最近、ＲＦスパッタリング法で形成したＰＺＴ薄膜等の圧電膜が、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）。また、鉛を用いないニオブ酸カリウムの圧電膜を用いた圧電膜素子も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

圧電膜を用いてアクチュエータやセンサを作製する場合、微細加工プロセスにより圧電薄膜を梁や音叉の形状に加工する必要がある。しかし、非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物は難加工性の材料であり、Ａｒガスを用いたドライエッチングにより加工が可能であるものの、デバイス作製時に必要な下部電極とのエッチング選択性が得られないといった課題があった。

圧電膜の微細加工においては、圧電膜が加工できることに加え、下部電極層で選択的に加工を停止できることが、高精度で微細加工する際に必要である。
非特許文献２に記載の通り、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ドライエッチングにより、非鉛のアルカリニオブ酸化物系化合物の圧電膜を加工でき、かつ、Ｐｔ下部電極層で高いエッチング選択比を得られる加工方向が提案され、高精度の微細加工が実現されている。

しかし、高価な反応性ガスやエッチング装置を使用する他、特にＣＨＦ_３ガスなどのフッ素系反応ガスは地球温暖化への影響が大きく（ＣＯ_２比１１７００倍）、環境負荷の観点から使用削減が望ましい。

そこでより簡便な手法として、Ａｒスパッタを用いたドライエッチングプロセスが考えられるが、Ａｒスパッタを用いた加工は、下部電極層との十分なエッチング選択比が得られず、高い加工精度が得られないという問題がある。

特開平１０−２８６９５３号公報 特開２００７−１９３０２号公報

Ｃ．Ｍ． Ｋａｎｇ、「Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ （Ｎａ０．５Ｋ０．５）ＮｂＯ３ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｉｎ ａｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｌ２／Ａｒ Ｐｌａｓｍａ」、Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓ， ３５７， ｐ．１７９−１８４ （２００７）。 堀切、「（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）。

本発明の目的は、上記課題を解決するために、非鉛の圧電膜と下部電極とのエッチング選択性を確保するとともに、高精度に加工することができる圧電膜素子、圧電膜素子の製造方法、及び圧電デバイスを提供することにある。

本件発明者らは、上述したプロセスについて鋭意改良を行い、難加工性の圧電膜を簡便なＡｒスパッタを用いて微細加工した場合でも、下部電極層の構造上の工夫により選択的にエッチングを停止できるとの知見を得て、本件発明に至ったものである。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、基板と、前記基板上に形成されたＰｔ又はＰｔを主成分とする合金からなる第１の下部電極層と、前記第１の下部電極層上に形成されたＴｉ、Ｃｒ若しくはこれらのいずれかを主成分とする合金の単層又は積層体からなる第２の下部電極層と、前記第２の下部電極層上に形成された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膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えたことを特徴とする圧電膜素子を提供する。

また、本発明の一態様は、上記目的を達成するため、基板上にＰｔ又はＰｔを主成分とする合金からなる第１の下部電極層を形成し、前記第１の下部電極層上にＴｉ、Ｃｒ若しくはこれらのいずれかを主成分とする合金の単層又は積層体からなる第２の下部電極層を形成し、前記第２の下部電極層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膜を形成し、前記圧電膜上にマスクパターンを形成し、前記マスクパターンを介してエッチングが前記第１又は第２の下部電極層で停止するように前記圧電膜をエッチングする工程を含む圧電膜素子の製造方法を提供する。

前記第２の下部電極層の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが望ましい。

前記圧電膜は、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３で表され、前記ｘが０．４≦ｘ≦０．７の範囲が望ましい。

前記エッチングは、前記第２の下部電極層で停止するように行われるのが望ましい。

前記エッチングは、Ａｒガスによるドライエッチングが望ましい。

また、本発明の一態様は、上記目的を達成するため、基板と、前記基板上に形成されたＰｔ又はＰｔを主成分とする合金からなる第１の下部電極層と、前記第１の下部電極層上に形成されたＴｉ、Ｃｒ若しくはこれらのいずれかを主成分とする合金の単層又は積層体からなる第２の下部電極層と、前記第２の下部電極層上に形成された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膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを有する圧電膜素子と、前記圧電膜素子の前記圧電膜上に形成された上部電極と、前記圧電膜素子の一方又は両方の端部を支持する支持部材とを備え、前記圧電膜素子は、前記第１の下部電極層及び前記上部電極への電圧の印加によって変位可能な構成の圧電体デバイスを提供する。

本発明によれば、非鉛の圧電膜と下部電極とのエッチング選択性を確保するとともに、高精度に加工することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る圧電膜素子の構成を示す模式断面図である。 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、本発明の実施例１の下部積層電極を用いた際のドライエッチング後の圧電膜素子の断面電子顕微鏡像を示す図である。

［実施の形態の要約］
本実施の形態に係る圧電膜素子は、基板と、前記基板上に形成された下部電極層と、前記下部電極層上に形成された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膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えた圧電膜素子において、前記下部電極層は、前記基板上に形成されたＰｔ又はＰｔを主成分とする合金からなる第１の下部電極層と、前記第１の下部電極層上に形成されたＴｉ、Ｃｒ若しくはこれらの合金、又はこれらの積層体からなる第２の下部電極層とを備える。

第１の下部電極層のみでは、圧電膜をエッチングする際に、第１の下部電極層がエッチングによって除去されてエッチングストッパとして機能しないことがある。そこで、第１の下部電極層の上に第２の下部電極層を形成することにより、第２の下部電極層がエッチングストッパとして機能し、第１の下部電極層がエッチングによって除去されるのを防ぐことができる。

［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膜素子の概略の構成を示す断面図である。

この圧電膜素子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積層電極６と、下部積層電極６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膜７とを備える。下部積層電極６は、密着層３上に形成された第１の下部電極層４と、第１の下部電極層４上に形成された第２の下部電極層５を有する。第２の下部電極層５は、第１の下部電極層４上に形成されたエッチングストップ層５ａと、エッチングストップ層５ａ上に形成された下地層５ｂとを有する。

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。

密着層３は、基板２と第１の下部電極層４との密着性を高め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、Ｔｉ、Ｔａ等の密着層なしでも第１の下部電極層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。

第１の下部電極層４は、Ｐｔ又はＰｔを主成分とする合金を用いることができる。

第２の下部電極層５を構成するエッチングストップ層５ａは、圧電膜７をドライエッチングにより加工する際に選択的にエッチングを停止するためのものであり、Ｔｉ、Ｃｒ若しくはこれらのいずれかを主成分とする合金の単層又は積層体からなるを用いることができる。

エッチングストップ層５ａの厚さは、５００ｎｍを超える場合には、エッチングストップ層５ａ上に設けられるＰｔ下地層５ｂの配向制御が困難になり、Ｐｔ下地層５ｂ上に設けられるＫＮＮ膜の成膜に悪影響を与えるため、望ましくない。また、エッチングストップ層５ａの厚さが５０ｎｍ以下の場合には、エッチングを十分に停止できないことに加えて、面内のエッチングのばらつきを十分に許容しきれないため、望ましくない。よって、エッチングストップ層５ａの厚さは、５０ｎｍを超え５００ｎｍ以下、好ましくは６０ｎｍ以上、４５０ｎｍ以下とする。

下地層５ｂは、圧電膜７の下地層として機能するためのものであり、Ｐｔ又はＰｔを主成分とする合金を用いることができる。

圧電膜７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（以下「ＫＮＮ」とも略す。）からなる。具体的には、ＫＮＮは、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３で表わされ、ｘは、例えば０．４≦ｘ≦０．７である。また、ペロブスカイト構造は、擬立方晶系のペロブスカイト構造が好ましい。なお、本実施の形態では、ＫＮＮ膜は特に他の元素を添加していないが、５原子数％以下のＬｉ、Ｔａ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｔｉ等をＫＮＮ膜に添加してもよい。

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

基板２として熱酸化膜付きＳｉ基板を準備し、基板２上にＴｉからなる密着層３を形成し、密着層３上にＲＦマグネトロンスパッタリング法によりＰｔからなる第１の下部電極層４を形成する。

次に、第１の下部電極層４上にＴｉからなるエッチングストップ層５ａ、Ｐｔからなる下地層５ｂの順に第２の下部電極層５を形成する。

次に、第２の下部電極層５の上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３薄膜からなる圧電膜７を形成する。以下、圧電膜７の形成後の基板を「ＫＮＮ薄膜付き基板」ともいう。

圧電膜７は、Ｎａ／（Ｋ＋Ｎａ）＝０．６０の（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３焼結体をターゲットに用い、基板温度５２０℃、放電パワー７００Ｗ、Ｏ_２／Ａｒ混合比０．００５、チャンバー内圧力１．３Ｐａの条件で成膜する。圧電膜７のスパッタ成膜時間は膜厚がほぼ３μｍになるような時間とする。

次に、所望の形状の上部電極を形成するためのパターン（穴）が形成された厚さ０．３ｍｍのＮｉ金属板（Ｎｉマスクパターン）を用意する。Ｎｉマスクパターンをマスクとして用い、ＫＮＮ薄膜付き基板上に、放電パワー２００Ｗ、導入ガスＡｒ雰囲気、圧力２．５Ｐａ、成膜時間１０分の条件でスパッタ法によりＰｔからなる図示しない上部電極層を形成する。

次に、ＫＮＮ薄膜付き基板上にマスクとしてＴｉマスクパターンを形成する。なお、マスクとしてＴｉの他に、Ｔａ、Ｗ若しくはＣｒ又はそれらの合金を用いた場合で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、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ及びＣｒのいずれか２つ以上の膜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。

次に、Ｔｉマスクパターンをマスクとして用い、ＫＮＮ薄膜付き基板をドライエッチングによる微細加工を行う。

ドライエッチングには、ＣＣＰ−ＲＩＥ（Capacitive Coupled Plasma‐Reactive Ion Etching）装置を用い、ガスはＡｒを使用する。なお、Ａｒの他に微量のＮ_２若しくはＯ_２、Ｈｅ、Ｃｌ、ＢＣｌ、ＣＨＦ_３、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、ＳＦ_６などなどの不活性ガス若しくは塩素系又はフッ素系反応性ガスを加えても同様の効果が期待できる。

Ｐｔが一層のみの下部電極層、つまり第１の下部電極層４のみで下部電極を形成した場合、ＫＮＮからなる圧電膜７を加工する際の第１の下部電極層４でのエッチング停止が困難である。これは、ＰｔがＫＮＮと比較してエッチングにより除去され易いためである。そこで、第１の下部電極層４上にマスクとしても使用されるＴｉをエッチングストップ層５ａとして積層する構造を採用した。Ａｒガスを用いた簡便なエッチングにおいても、エッチングストップ層５ａで選択的にエッチングを停止できる構造を実現することができる。

具体的には、上からＫＮＮ［圧電膜］／Ｐｔ［下地層］／Ｔｉ［エッチングストップ層］／Ｐｔ［下部電極層］／Ｔｉ［密着層］／ＳｉＯ_２［熱酸化膜］／Ｓｉ［基板］という順の構造体を作製し、Ａｒガスを用いてドライエッチングを行っても、下部積層電極６でエッチングを停止させることができる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、下部電極にエッチングストップ層５ａを含む積層構造を採用したので、ＫＮＮによる圧電膜７を下部積層電極６とのエッチング選択性を確保しながら、圧電膜を簡便かつ高精度に加工することができる。

また、本実施の形態の製造方法を用いることにより、良好なサイドエッチングが施された圧電膜素子やこれを用いた圧電デバイスを作製することができる。すなわち、サイドエッチングが施された圧電膜素子の側面の傾斜角は、後述する図３に示すように４５°以上あるいは６０°以上（但し、９０°未満）を実現することができる。

なお、本実施の形態では加工プロセスにドライエッチングを用いた例について記述したが、同様に加工プロセスにウエットエッチングを用いた場合も同様の効果が期待できる。

［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、第１の下部電極層４、第２の下部電極層５及び圧電膜７が形成されている。本実施の形態の場合、圧電膜素子１の圧電膜７上に上部電極１７が形成されている。また、本実施の形態の圧電膜素子１の基板２は、突出した部分に上部キャパシタ電極１６が設けられている。

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及び第２の下部電極層５に、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との間のキャパシタが変化し、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、高精度な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。

上記実施の形態では、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、超音波発生装置等に適用することができる。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・加速度センサ等に適用することができる。

また、上記実施の形態では圧電膜素子を片持ち支持としたが、両持ち支持とし、圧電膜素子の中央部が変位するようにしてもよい。

以下に、ＫＮＮからなる圧電膜７の微細加工において、下部電極に積層構造を採用した場合における実施例１を記載する。

（１）基板の準備
基板２として、熱酸化膜付きＳｉ基板（（１００）面方位、厚さ０．５２５ｍｍ、熱酸化膜厚さ２０５ｎｍ、サイズ４インチ）のウェハを用いた。なお、基板２として、熱酸化膜付き（００１）面Ｓｉ基板の他に、異なる面方位のＳｉ基板や、熱酸化膜無しのＳｉ基板、ＳＯＩ基板でも同様の効果が得られる。

（２）下部積層電極の形成
まず、基板２上にスパッタ法により膜厚２．３ｎｍのＴｉからなる密着層３を成膜した。次に、密着層３上にＲＦマグネトロンスパッタリング法により膜厚２１５ｎｍのＰｔからなる第１の下部電極層４を形成した。密着層３と第１の下部電極層４は、基板温度１００〜３５０℃、放電パワー２００Ｗ、導入ガスＡｒ雰囲気、圧力２．５Ｐａ、成膜時間１〜３分、１０分の条件で成膜した。

次に、第１の下部電極層４上に、エッチングストップ層５ａとしてＴｉを４００ｎｍ、また、下地層５ｂとしてＰｔを２００ｎｍ、第１の下部電極層４と同一の条件でスパッタ成膜し第２の下部電極層５を形成した。第１の下部電極層４及び第２の下部電極層５を成膜した基板の構造は、上からＰｔ［２００ｎｍ］／Ｔｉ［４００ｎｍ］／Ｐｔ［２１５ｎｍ］／Ｔｉ［２．３ｎｍ］／Ｓｉ基板となる。

（３）圧電膜の形成
次に、下部積層電極６上に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法で（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３膜を形成した。（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３膜はＮａ／（Ｋ＋Ｎａ）＝０．６０の（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３焼結体をターゲットに用い、基板温度５２０℃、放電パワー７００Ｗ、Ｏ_２／Ａｒ混合比０．００５、チャンバー内圧力を１．３Ｐａの条件で成膜した。ＫＮＮ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。

（４）上部電極層の形成
次に、ＫＮＮ薄膜付き基板上に、スパッタ法により、放電パワー２００Ｗ、導入ガスＡｒ雰囲気、圧力２．５Ｐａ、成膜時間１０分の条件でＰｔを成膜し、上部電極層とした。なお、上部電極パターンは、厚さ０．３ｍｍのＮｉマスクパターンを用いてＫＮＮ膜上に形成した。

（５）Ｔｉマスクパターンの形成
上記で作製した上部電極付きのＫＮＮ薄膜付き基板上にマスクとして下記の通りＴｉパターンを形成した。

まず、上記試料上にＲＦマグネトロンスパッタリング法により、Ｔｉを約１０００ｎｍ成膜した。次に、ＯＦＰＲ−８００などのフォトレジストを塗布し、露光及び現像をして、Ｔｉ膜上にレジストパターンを形成した。その後、フッ酸と硝酸の混合液（ＨＦ：ＨＮＯ_３：Ｈ_２Ｏ＝１：１：５０）を用いＴｉをエッチングし、アセトン洗浄によりフォトレジストを除去することで、ＴｉパターンをＫＮＮ圧電膜上に形成した。なお、後述するドライエッチング後には同様のエッチング液を用いて残留Ｔｉパターンを除去した。

（６）ドライエッチング
上記でＴｉマスクパターンを施したＫＮＮ薄膜付き基板を用いてドライエッチングによる微細加工を行った。ドライエッチングはＣＣＰ−ＲＩＥ装置を用い、ガスはＡｒを使用した。エッチング条件は、ＲＦ出力４００Ｗ、チャンバー内圧力は０．２５Ｔｏｒｒとした。ドライエッチング後はＴｉマクスを取り除き、試料の断面観察を行い、エッチング停止の有無を判別した。

図２は、実施例１の下部積層電極６を用いた際のドライエッチング後の圧電膜素子１の断面電子顕微鏡像を示す図である。

図２より、ＫＮＮ膜が微細加工され、下部積層電極でエッチングが停止できている様子が確認できる。なお、図示する試料は、ドライエッチング後のＴｉマスクの除去を行っていないものである。

（実施例２〜８、比較例１〜５）
実施例１と同様の手順で作成され、圧電膜素子１の下部積層電極６の積層構造を変更した実施例２〜８及び比較例１〜５を表１に示す。

表１に示す通り、第２の下部電極層５のエッチングストップ層５ａにＴｉの他にＣｒやＴｉ合金を用いた場合も下部積層電極６におけるエッチング停止が実現可能である。なお、面内の膜圧分布も考慮すると５０ｎｍ以上のＣｒやＴｉ合金を用いたエッチングストップ層５ａが必要となる。

［変形例１］
上記手順によって微細加工されたＫＮＮ膜を備えるウエハに、さらに必要に応じて基板加工や素子分離（チップ化）を施してもよい。

また、ＫＮＮ膜はスパッタ法を用いて成膜したが、ゾルゲル法、エアソゾル蒸着法、水熱合成法などの成膜方法を用いても同様の結果が得られる。

［変形例２］（ゾルゲル法によるＫＮＮの成膜）
ゾルゲル法や、ＭＯＤ法により圧電体膜を形成する場合には、所望の組成式となるよう材料の組成比を調製した前駆体溶液を用いて塗布層を形成し、塗布層を結晶化することで圧電体膜を形成する。例えば、Ｎａを含む有機化合物としてナトリウムエトキシド、カリウムを含む有機金属化合物としてカリウムエトキシド、ニオブを含む有機金属化合物としてニオブエトキシドを用い、これらを所望のモル比となるように混合し、さらにアルコールなどの有機培養を用いて溶解、分散して、前駆体溶液を作製する。

本変形例では、カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシド、二オブエトキシドを所定のモル比で混合して作製した前駆体溶液を、下地層として１００ｎｍ厚さのＰｔ層が設けられたＮｂドープのＳｒＴｉＯ_３基板上に、スピンコート法により塗布し、ホットプレート上で乾燥、仮焼結した後、７００℃〜８００℃でアニール処理を施した。この工程を繰り返し行い、１．５μｍ厚さのＫＮＮ膜を形成した。

このゾルゲル法により形成したＫＮＮ膜に対し、マスクとしてＴａ（タンタル）を１．３μｍ厚さ形成し、本実施の形態の加工方法を行ったところ、上記スパッタにより成膜した圧電体膜と同様に、第２の下部電極層においてエッチングを選択的に停止することができた。

［変形例３］（ＡＤ法によるＫＮＮの成膜）
次に、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）により形成したＫＮＮ膜の加工を検討した。主原料としては、所望のＫＮＮ膜の組成と同じ組成比の原料粉末を用い、ヘリウムガスを搬送ガスとして成膜を行った。また、副原料としてエアロゾルデポジション法で成膜されやすい誘電体の結晶粉末を混合してもよい。副原料は、主原料に対し重量比で３〜１０％程度とするとよい。

本変形例においては、具体的には、主原料である「Ｋ：Ｎａ：Ｎｂ：Ｏ＝７．５:６．５：１６:７０（原子量％）」の原料粉末に対し、Ａｌ_２Ｏ_３を副原料として混合した材料を用い、基板温度５００℃として吹きつけを行い、１０μｍ厚さのＫＮＮ膜を成膜した。なお、基板としては、１５０μｍ厚さのＰｔ層を形成したＳｉ基板を用いた。

このＡＤ法により形成したＫＮＮ膜に対し、マスクとしてＷ（タングステン）を１．３μｍ厚さ形成し、本発明の加工方法を行ったところ、上記スパッタにより成膜した圧電膜と同様に、第２の下部電極層においてエッチングを選択的に停止することができた。

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変形して実施することが可能である。

１…圧電膜素子、２…基板、３…密着層、４…第１の下部電極層、５…第２の下部電極層、５ａ…エッチングストップ層、５ｂ…下地層、６…下部積層電極、７…圧電膜、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 (9)

1. 基板と、
   前記基板上に形成されたＰｔ又はＰｔを主成分とする合金からなる第１の下部電極層と、
   前記第１の下部電極層上に形成されたＴｉ、Ｃｒ若しくはこれらのいずれかを主成分とする合金の単層又は積層体からなる第２の下部電極層と、
   前記第２の下部電極層上に形成された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膜と、
   前記圧電膜上に形成された上部電極とを備えたことを特徴とする圧電膜素子。
2. 前記第２の下部電極層の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である請求項１に記載の圧電膜素子。
3. 前記圧電膜は、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３で表され、前記ｘが０．４≦ｘ≦０．７の範囲である請求項１又は２に記載の圧電膜素子。
4. 基板上にＰｔ又はＰｔを主成分とする合金からなる第１の下部電極層を形成し、
   前記第１の下部電極層上にＴｉ、Ｃｒ若しくはこれらのいずれかを主成分とする合金の単層又は積層体からなる第２の下部電極層を形成し、
   前記第２の下部電極層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膜を形成し、
   前記圧電膜上にマスクパターンを形成し、
   前記マスクパターンを介してエッチングが前記第１又は第２の下部電極層で停止するように前記圧電膜をエッチングする工程を含む圧電膜素子の製造方法。
5. 前記第２の下部電極層の厚さは、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である請求項４に記載の圧電膜素子の製造方法。
6. 前記圧電膜は、組成式（Ｋ_１−ｘＮａ_ｘ）ＮｂＯ_３で表され、前記ｘが０．４≦ｘ≦０．７の範囲である請求項４又は５に記載の圧電膜素子の製造方法。
7. 前記エッチングは、前記第２の下部電極層で停止するように行われる請求項４又は５に記載の圧電膜素子の製造方法。
8. 前記エッチングは、Ａｒガスによるドライエッチングである請求項４〜７のいずれか１項に記載の圧電膜素子の製造方法。
9. 基板と、前記基板上に形成されたＰｔ又はＰｔを主成分とする合金からなる第１の下部電極層と、前記第１の下部電極層上に形成されたＴｉ、Ｃｒ若しくはこれらのいずれかを主成分とする合金の単層又は積層体からなる第２の下部電極層と、前記第２の下部電極層上に形成された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膜と、前記圧電膜上に形成された上部電極とを有する圧電膜素子と、
   前記圧電膜素子の前記圧電膜上に形成された上部電極と、
   前記圧電膜素子の一方又は両方の端部を支持する支持部材とを備え、
   前記圧電膜素子は、前記第１の下部電極層及び前記上部電極への電圧の印加によって変位可能な構成の圧電体デバイス。