(57)【要約】【課題】Ｐｂの下部電極層への拡散防止、Ｐｂを含む圧電体層のパイロクロア相の生成防止を図り、１００℃を超える連続駆動耐久性を図った圧電体装置、その製造方法及び光偏向器を提供する。【解決手段】圧電体装置は、単結晶シリコン基板１、絶縁層２、下部電極層３、ジルコン酸チタン酸鉛よりなる柱状構造のＰＺＴ層４、及びＰｔ上部電極層５によって構成されている。下部電極層３は、Ｔｉ密着層３−１、密着層３−１上のＰｔ金属層３−２、及びＰｔ金属層３−２の配向面方位（１１１）がＰＺＴ層４の配向面方向（１００）又は（１１０）に影響しないようにするルテニウム酸ストロンチウムよりなるＳＲＯ層３−３によって構成されている。下部電極層３とＰＺＴ層４との間に、傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７を設けてある。傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７においては、Ｐｂに対する酸素の組成比１−ｘは膜厚方向に傾斜的に又は徐々に変化させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層に設けられた下部電極層と、
前記下部電極層上に設けられた傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層と、
前記傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層上に設けられたＰｂを含む圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられた上部電極層と
を具備し、
前記下部電極層側の前記傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層の酸素組成１−ｘは前記圧電体層側の前記傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層の酸素組成１−ｘより大きく、前記傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層の酸素組成１−ｘは前記下部電極層側から前記圧電体層側へ傾斜的に減少した圧電体装置。
【請求項２】
前記圧電体層はＰＺＴ層である請求項１に記載の圧電体装置。
【請求項３】
前記傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層の酸素組成１−ｘにおいて、前記下部電極層との界面でｘ＝０であり、前記圧電体層との界面でｘ＝０．１〜０．４である請求項１に記載の圧電体装置。
【請求項４】
前記基板は単結晶シリコンよりなり、
前記絶縁層は酸化シリコンよりなり、
前記上部電極層はＰｔよりなる請求項１に記載の圧電体装置。
【請求項５】
前記下部電極層は
前記絶縁層上に設けられた密着層と、
前記密着層上に設けられた金属層と、
前記金属層上に設けられた金属酸化物層と
を具備する請求項１に記載の圧電体装置。
【請求項６】
前記密着層はＴｉ又はＴｉＯ２よりなり、
前記金属層はＰｔよりなり、
前記金属酸化物層はＳｒＲｕＯ３よりなる請求項５に記載の圧電体装置。
【請求項７】
基板上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
前記絶縁層上に下部電極層を形成する下部電極層形成工程と、
アーク放電反応性イオンプレーティング装置を用いて酸素ガス量を一定としＰｂ蒸気量を徐々に増加させることにより、前記下部電極層上に傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層を形成する傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層形成工程と、
前記アーク放電反応性イオンプレーティング装置を用いて前記傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層上にＰｂを含む圧電体層を形成する圧電体層形成工程と、
前記圧電体層上に上部電極層を形成する工程と
を具備する圧電体装置の製造方法。
【請求項８】
前記圧電体層はＰＺＴ層である請求項７に記載の圧電体装置の製造方法。
【請求項９】
前記傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層の酸素組成１−ｘにおいて、前記下部電極層との界面でｘ＝０であり、前記圧電体層との界面でｘ＝０．１〜０．４である請求項７に記載の圧電体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれかに記載の圧電体装置により構成されたカンチレバーを具備する光偏向器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電体装置、その製造方法及び光偏向器に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、光スキャナに用いられる圧電アクチュエータ、圧電センサ等の圧電体装置は半導体製造技術及びマイクロマシン技術によって製造されたマイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）装置によって構成されている。
【０００３】
図８は第１の従来の圧電体装置を示す全体断面図である（参照：特許文献１）。
【０００４】
図８において、第１の従来の圧電体装置は、単結晶シリコン基板１、酸化シリコンよりなる絶縁層２、Ｔｉ／Ｐｔ／ＳＲＯ下部電極層３、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３）（ＰＺＴ）よりなる柱状構造のＰＺＴ層４、及びＰｔよりなる上部電極層５によって構成されている。また、下部電極層３は、絶縁層２の酸化シリコン及びＰｔとの密着性がよいＴｉ又はＴｉＯ２よりなる密着層３−１、密着層３−１上のＰｔよりなる金属層３−２、及び金属層３−２の配向面方位（１１１）がＰＺＴ層４の配向面方向（１００）又は（１１０）に影響しないようにするシード層として作用する金属酸化物たとえばルテニウム酸ストロンチウム（ＳｒＲｕＯ３）（ＳＲＯ）よりなるＳＲＯ層３−３によって構成されている。この場合、ＳＲＯ層３−３とＰＺＴ層４とは同一の結晶構造つまりペロブスカイト相を有する。
【０００５】
ＳＲＯ層３−３が存在しない場合には、ＰＺＴ層４の成膜時の基板加熱時のＴｉ成分のＴｉ密着層３−１からＰｔ金属層３−２への拡散、表面露出、Ｐｔ金属層３−２の表面の空孔形成があるが、これらはＳＲＯ層３−３によって抑制される。
【０００６】
また、ＳＲＯ層３−３が存在しない場合には、ＰＺＴ層４の成膜時の基板加熱時にＰｂ成分のＰＺＴ層４からＰｔ金属層３−２へ拡散してＰＺＴ層４の成膜初期に圧電相であるペロブスカイト相に常誘電体相であるパイロクロア相が混在してＰＺＴ層４の圧電特性の劣化及び駆動耐久性の低下を招き、また、連続駆動時にＰｂ欠損によるリーク電流が発生して絶縁耐性が劣化するが、これらはＳＲＯ層３−３によって抑制される。
【０００７】
さらに、応力が大きいＰｔ金属層３−２では半円球上突起物（ヒロック）が発生し易いが、ＳＲＯ層３−３の形成前に急加熱（ＲＴＡ）処理によってＰｔ金属層３−２の残留応力を解放してヒロックの発生を抑制する。尚、Ｐｔ金属層３−２にヒロックが発生すると、ＳＲＯ層３−３が存在しない場合、その上のＰＺＴ層４の膜構造が乱れ、ＰＺＴ層４の膜中にボイド、結晶境界の開きが発生して圧電特性、絶縁耐性が劣化する。
【０００８】
しかしながら、上述の図８の第１の従来の圧電体装置においては、ＳＲＯ層３−３はその上のＰＺＴ層４と共に（１００）又は（１１０）面に優先配向して柱状構造を形成する。従って、ＳＲＯ層３−３を厚くすると、その表面ラフネスＲａが２０ｎｍ以上となり、その上のＰＺＴ層４の表面ラフネスＲａもさらに大きくなる。この結果、電場がＰＺＴ層４の粗い表面に集中してＰＺＴ層４に亀裂が発生する。このため、ＳＲＯ層３−３は２０〜４０ｎｍと極めて薄くしなければならない。ＳＲＯ層３−３が薄くなると、大量のＰｂ蒸気が存在するアーク放電イオンプレーティング（ＡＤＲＩＰ）法等のプラズマ成膜処理においてＰｂ成分の下部電極層３への拡散防止が不充分となり、ＰＺＴ層４中のＰｂ濃度が低下する。この結果、図９に示すように、ＰＺＴ層４のＸ線回析（ＸＲＤ）パターンにおいて、ペロブスカイト相（１１０）に由来する３１°ピークに加えてパイロクロア相に由来する２９.９°ピークが観察される。尚、図９のＸ線回析（ＸＲＤ）パターンはナロースキャンと呼ばれる狭い角度範囲を常にゆっくりと行うことにより通常のＸＲＤ評価測定で見逃される微量な異相も検出できる。しかも、対数表示なので、さらに微量の異相も検出できる。このように、ＰＺＴ層４の成膜初期にバイロクロア相が混在してＰＺＴ層４と下部電極層３との界面に形成されて圧電特性は低下する。
【０００９】
図１０は図８の圧電体装置の組織を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、（Ａ）はＰＺＴ層４の上面、（Ｂ）はＰＺＴ層４近傍の断面、（Ｃ）は下部電極層３近傍の断面を示す。ＳＲＯ層３−３が薄いと、図１０（Ｃ）に示す黒い染み状が下部電極層３に拡散浸透したＰｂであることが図１１に示す２次イオン質量スぺクトロメトリ（ＳＩＭＳ）結果で確認された。つまり、Ｐｂ成分の下部電極層３への拡散は薄いＳＲＯ層３−３では抑制されなかった。
【００１０】
Ｐｂの下部電極層３への拡散、浸透が激しいと、ＰＺＴ層４内のＰｂ欠損により図１０の（Ｃ）に示すごとく、下部電極層３の表面ラフネスＲａが大きくなり、図１０の（Ｂ）に示すごとく、ＰＺＴ層４内に縦筋状の欠損巣が生じ、上部電極層５の表面ラフネスＲａも大きくなる。従って、図１０の（Ａ）に示すごとく、ＰＺＴ層４の表面平坦性も劣化する。このようにして、絶縁耐性が劣化し、連続駆動時に縦筋状の欠陥巣をきっかけにリーク電流による絶縁破壊、機械的なクラックの発生による破壊を招く。
【００１１】
さらに、圧電特性及び絶縁特性がロット毎にばらつき、ＰＺＴ層４の特性の再現性が十分にとれない。
【００１２】
図１２は第２の従来の圧電体装置を示す全体断面図である（参照：非特許文献１）。
【００１３】
図１２においては、図８の圧電体装置の下部電極層３とＰＺＴ層４との間に金属酸化膜たとえばＰｂＯ１−ｘ（ｘは正の一定値）よりなる若干Ｐｂリッチな単一組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層６を挿入してある。すなわち、ＰＺＴ層４の成長初期におけるパイロクロア相の発生抑制のために、ＰｂＯ１−ｘは若干Ｐｂリッチとなっている。これにより、ＰＺＴ層４の成膜時のＰｂの下部電極層３への拡散及び下部電極層３の歪みのＰＺＴ層４への直接伝播を緩和し、ＰＺＴ層４の膜質を向上させる。特に、バッファ層６はＰｂＯ１−ｘ、ＴｉＯｘ、ＰｂＴｉＯ３で構成することができるが、ＰｂＯ１−ｘはＰＺＴ層４の（１００）又は（１１０）優先配向を促進し、ドメインスイッチングを行うＰＺＴ層４にとって有益である。
【００１４】
尚、単一組成ＰｂリッチＰｂＯ１−ｘバッファ層６の代わりに化学量論（ストキオメトリ）組成ＰｂＯの単一組成ＰｂＯバッファ層と用いる場合には、圧電特性を示すペロブスカイト相（１００）又は（１１０）の核成長に重要な役割を果たすＰｂＴｉＯ３の生成は起きにくく、ペロブスカイト相よりも生成の自由エネルギーの小さい常誘電性パイロクロア相が混入し易くなり、圧電特性を劣化させる。
【００１５】
そこで、図１２のＰｂリッチな単一組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層６においては、たとえば２０〜３０ｍｏｌ％ＰｂリッチなＰｂＯ１−ｘとしたので、ＰｂＯ１−ｘの蒸発とＰｂＴｉＯ３の核形成とが同時に進行し、ペロブスカイト相のＰＺＴ層４の成長が促進される。この場合、リッチなＰｂはＰｂＯ１−ｘとして蒸発するだけでなく、下部電極層３及びＰＺＴ層４の界面に拡散して、下部電極層３のモフォロジー（表面形態性）を低下させてＰＺＴ層４表面が粗くなったり、ＰＺＴ層４の結晶粒界にＰｂが偏析してリークパスを形成したり、ＰＺＴ層４の耐電圧を低下させたりする。従って、Ｐｂリッチ量としては、最適値が存在し、たとえば１０〜４０ｍｏｌ％Ｐｂがパイロクロア相抑制に効果的であり、さらに、２０〜３０ｍｏｌ％Ｐｂがリークパス等の欠陥抑制に効果的である。
【００１６】
Ｐｂリッチな単一組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層６によりＰｂ成分の下部電極層３への拡散が抑制され、ＰＺＴ層４中のＰｂ濃度が保持される。この結果、図１３のＸＲＤパターンに示すように、パイロクロア相に由来する２９．９°ピークは観察されない。
【００１７】
図１４は図１２の圧電体装置の組織を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）はＰＺＴ層４の上面、（Ｂ）はＰＺＴ層４近傍の断面、（Ｃ）は下部電極層３近傍の断面を示す。図１４の（Ｃ）に示すごとく、下部電極層３にはほとんどＰｂの浸透が観察されず、下部電極層３の表面ラフネスＲａも小さくなり、図１４の（Ｂ）に示すごとく、縦筋状の欠陥巣もほとんどなくなり、上部電極層５の表面ラフネスＲａも小さくなる。従って、図１４の（Ａ）に示すごとく、ＰＺＴ層４の表面平坦性も良好となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２０１２−８２５４１号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】“Preparation and properties of highly (100)-oriented Pb(Zr0.2Ti0.8)O3 thin film prepared by rf magnetron sputtering with a PbOx buffer layer”, Jiagang Wu, Jiliang Zhu, Dingquan Xiao,a Jianguo Zhu, Junzhe Tan, and Qinglei Zhang, Journal of Applied physics, 101, 094107 (2007)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、図１２に示す第２の従来の圧電体装置においては、ＰＺＴ層４の成膜初期のパイロクロア相発生の抑制のために、化学量論組成（ストキオメトリ）ＰｂＯより若干Ｐｂ組成リッチな組成ＰｂＯ１−ｘ（ｘは正の一定値）で構成されているので、単一組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層６の成長初期に過剰なＰｂが下部電極層３に僅かに拡散し、この結果、下部電極層３の属構造が乱れ、同時に単一組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層６上に成長するＰＺＴ層４の成長も乱れ、ＰＺＴ層４中に僅かながらボイドや、結晶粒界の開きが発生するという課題がある。特に、高温での連続駆動耐久性が要求される車載用途においてこの課題は無視できない。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述の課題を解決するために、本発明に係る圧電体装置は、基板と、基板上に設けられた絶縁層と、絶縁層に設けられた下部電極層と、下部電極層上に設けられた傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層と、傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層上に設けられたＰｂを含む圧電体層と、圧電体層上に設けられた上部電極層とを具備し、下部電極層側の傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層の酸素組成１−ｘは圧電体層側の傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層の酸素組成１−ｘより大きく、傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層の酸素組成１−ｘは下部電極層側から圧電体層側へ傾斜的に減少したものである。
【００２２】
また、本発明に係る圧電体装置の製造方法は、基板上に絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、絶縁層上に下部電極層を形成する下部電極層形成工程と、アーク放電反応性イオンプレーティング装置を用いて酸素ガス量を一定としＰｂ蒸気量を徐々に増加させることにより、下部電極層上に傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層を形成する傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層形成工程と、アーク放電反応性イオンプレーティング装置を用いて傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層上にＰｂを含む圧電体層を形成する圧電体層形成工程と、圧電体層上に上部電極層を形成する工程とを具備するものである。
【００２３】
さらに、本発明に係る光偏向器は、上述の圧電体装置により構成されたカンチレバーを具備するものである。
【発明の効果】
【００２４】
Ｐｂの下部電極層への拡散防止及び圧電体層におけるパイクロア相の生成防止の両立を図ると共に、１００℃を超える連続駆動耐久性を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る圧電体装置の実施の形態を示し、（Ａ）は全体断面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大断面図である。
【図２】図１の圧電体装置のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示すグラフである。
【図３】図１の圧電体装置の組織を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）はＰＺＴ層の上面、（Ｂ）はＰＺＴ層近傍の断面、（Ｃ）は下部電極層近傍の断面を示す。
【図４】図１の圧電体装置の製造に用いられるアーク放電反応性イオンプレーティング（ＡＤＲＩＰ）装置を示す図である。
【図５】図１の圧電体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５のＡＤＲＩＰ工程のＰｂ蒸発量を説明するタイミング図である。
【図７】図１の圧電体装置の耐久時間効果を説明するための表である。
【図８】第１の従来の圧電体装置を示す全体断面図である。
【図９】図８の圧電体装置のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示すグラフである。
【図１０】図８の圧電体装置の組織を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）はＰＺＴ層の上面、（Ｂ）はＰＺＴ層近傍の断面、（Ｃ）は下部電極層近傍の断面を示す。
【図１１】図８の圧電体装置の２次イオン装置スペクトロメトリ（ＳＩＭＳ）結果を示すグラフである。
【図１２】第２の従来の圧電体装置を示す全体断面図である。
【図１３】図１２の圧電体装置のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示すグラフである。
【図１４】図１２の圧電体装置の組織を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）はＰＺＴ層の上面、（Ｂ）はＰＺＴ層近傍の断面、（Ｃ）は下部電極層近傍の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は本発明に係る圧電体装置の実施の形態を示し、（Ａ）は全体断面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大断面図である。
【００２７】
図１においては、図１２の単一組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層６の代りに、傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７を設けてある。傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７においては、Ｐｂに対する酸素の組成比１−ｘは膜厚方向に傾斜的に又は徐々に変化させる。たとえば、下部電極層３との界面側の値ｘはｘ＝０（ストキオメトリＰｂＯ）としてリッチなＰｂを抑制し、ＰＺＴ層４との界面側値ｘはｘ＝０．２５（ＰｂＯ０．７５）としてリッチなＰｂによりＰＺＴ層４の成膜初期の核形成時におけるパイクロア相の発生を抑制する。この場合、値ｘは急峻ではなく徐々にｘ＝０からｘ＝０．２５まで変化させて傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７の膜質低下及び応力の増加を抑制する。値ｘの最大値は０．１〜０．４が好ましく、さらに、０．２〜０．３が好ましい。これにより、Ｐｂの下部電極層３への拡散防止及びＰＺＴ層４におけるパイクロア相の生成防止の両立を図ると共に、１００℃を超える連続駆動耐久性を図ることができる。
【００２８】
詳細には、傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７によりＰｂ成分の下部電極層３への拡散が完全に抑制され、ＰＺＴ層４中のＰｂ濃度が保持される。この結果、図２に示すごとく、ＸＲＤパターンにおいてパイクロア相に由来する３０°ピークは全く観察されない。
【００２９】
図３は図１の圧電体装置の組織を示すＳＥＭ写真であり、（Ａ）はＰＺＴ層４の上面、（Ｂ）はＰＺＴ層４近傍の断面、（Ｃ）は下部電極層３近傍の断面を示す。図３の（Ｃ）に示すごとく、下部電極層３にはＰｂの浸透が全く観察されず、下部電極層３の表面ラフネスＲａも小さくなり、図３の（Ｂ）に示すごとく、縦筋状の欠陥巣も全くなくなり、上部電極層５の表面ラフネスＲａも小さくなる。従って、図３の（Ａ）に示すごとく、ＰＺＴ層４の表面平坦性は顕著に良好となる。
【００３０】
尚、化学量論（ストキオメトリ）ＰｂＯ層とＰｂリッチなＰｂＯ１−ｘ（ｘは正の一定値）層とを積層させた場合にも、ＰＺＴ層の成長促進及びＰｂリッチなＰｂＯ１−ｘの拡散防止を両立させることができると考えられるが、この場合、積層界面でＰｂの拡散が生じてＰｂリッチなＰｂＯ１−ｘの組成が変化してしまい、やはり、パイクロア相の抑制が不充分となり、ＰＺＴ層４の圧電特性が劣化する。
【００３１】
図４は図１の圧電体装置の製造に用いられるアーク放電反応性イオンプレーティング装置を示す。
【００３２】
図４において、真空チャンバ４０１内の下方側に、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉを独立に蒸発させるためのＰｂ蒸発源４０２−１、Ｚｒ蒸発源４０２−２、Ｔｉ蒸発源４０２−３が設けられる。Ｐｂ蒸発源４０２−１、Ｚｒ蒸発源４０２−２、Ｔｉ蒸発源４０２−３上には、蒸気量センサ４０２−１Ｓ、４０２−２Ｓ、４０２−３Ｓが設けられている。真空チャンバ４０１内の上方側に、ウェハ４０３ａを載置するためのヒータ付ウェハ回転ホルダ４０３が設けられる。
【００３３】
また、真空チャンバ４０１の上流側には、アーク放電を維持するために不活性ガスたとえば１０ｓｃｃｍのＡｒガスおよび１００ｓｃｃｍのＨｅガスを導入する圧力勾配型プラズマガン４０４、傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７及びＰＺＴ層４の酸素原料となる酸素（Ｏ２）ガスを導入するＯ２ガス導入口４０５とが設けられる。他方、真空チャンバ４０１の下流側には、真空ポンプ（図示せず）に接続された排気口４０６が設けられる。
【００３４】
図４のＡＤＲＩＰ装置において、圧力勾配型プラズマガン４０４によって導入されたＡｒガスおよびＨｅガスによって高密度・低電子温度の放電電圧８０Ｖ、放電電流約８０Ａのウェハ３０３ａ直下５×１０１１個／ｃｍ３の高密度のアーク放電プラズマ４０７を発生させ、そしてＯ２ガス導入口から約２００ｓｃｃｍのＯ２ガスを導入し真空チャンバ４０１内に発生している高密度・低電子温度のアーク放電プラズマ４０７でＯ２ガスを励起させることによって、真空チャンバ４０１内に多量の酸素ラジカルを主とする活性原子、分子が生成される。酸素ラジカルはプラズマ発光分析による７７７ｎｍ発光ピークで確認できる。他方、Ｐｂ蒸発源４０２−１、Ｚｒ蒸発源４０２−２及びＴｉ蒸発源４０２−３より発生したＰｂ蒸気、Ｚｒ蒸気及びＴｉ蒸気が上述の活性原子、分子と反応し、所定温度たとえば約５００℃に加熱されたウェハ４０３ａ上に付着し、この結果、ＰｂＯ１−ｘ及びＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３が形成されることになる。尚、Ｐｂ蒸気、Ｚｒ蒸気、Ｔｉ蒸気は蒸気量センサ（一般的には、水晶振動子式膜厚モニタと呼ばれることが多い）４０２−１Ｓ、４０２−２Ｓ、４０２−３Ｓによって検出される。
【００３５】
次に、図１の圧電体装置の製造方法を図５を参照して説明する。
【００３６】
始めに、熱酸化工程５０１にて、単結晶シリコン基板１を熱酸化して厚さ１μｍの酸化シリコンよりなる絶縁層２を形成する。この場合、単結晶シリコン基板１の代りに、厚さ４０μｍの単結晶シリコン活性層、厚さ１μｍの埋込み酸化シリコン層及び厚さ３５０μｍの支持層よりなるシリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハを用いてもよい。
【００３７】
次に、スパッタリング工程４０２にて、マグネトロンスパッタ装置を用いて、厚さ１０ｎｍのＴｉ密着層３−１、厚さ１５０ｎｍのＰｔ金属層３−２及び厚さ４０ｎｍのＳＲＯ層３−３を連続的に成長させ、下部電極層３を形成する。この場合、ＳＲＯ層３−３の成膜温度は７００℃であり、電極として十分に使える抵抗値であった。
【００３８】
次に、ＡＤＲＩＰ工程５０３にて、図４のＡＤＲＩＰ装置を用いて傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７を形成する。すなわち、図６に示すように、時刻ｔ０＝０分にて図４のアーク放電プラズマ４０７で２００ｓｃｃｍのＯ２ガスを励起させた酸素ラジカルの発生状態でＰｂ蒸発源４０２−１をＰｂ蒸発量を膜厚速度換算値０．３ｎｍ／ｓとし、基板温度を６００℃とする。この結果、蒸発したＰｂが酸素ラジカルと反応する。Ｐｂ蒸発量が安定した時刻ｔ１＝１分にて基板シャッタ（図示せず）を開とし、ＳＲＯ層３−３上にＰｂＯ１−ｘの成膜を開始する。この時刻ｔ１では、組成はストキオメトリＰｂＯである。次いで、Ｐｂ蒸発量を膜厚速度換算値０．３ｎｍ／ｓから１秒当たり１／６００ｎｍ／ｓと徐々に大きくし、Ｐｂ蒸発量を膜厚速度換算値０．５ｎｍ／ｓとなった時刻ｔ２＝３分にて基板シャッタ（図示せず）を閉とし、ＰｂＯｘの成膜を停止する。この時点では組成はＰｂリッチなＰｂＯ０．８（ｘ＝０．２）である。その後、時刻ｔ３＝４分までＰｂ蒸発量を膜厚速度換算値０．５ｎｍ／ｓに保持してオフとする。このようにして、ストキオメトリＰｂＯからＰｂリッチなＰｂＯ０．８へ徐々に変化して厚さ１００ｎｍの傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７が形成される。この場合、傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７の膜質の低下及び応力の発生は徐々の組成変化によって抑制できる。
【００３９】
次に、ＡＤＲＩＰ工程５０４にて、図４のＡＤＲＩＰ装置を用いてＰＺＴ層４を形成する。すなわち、図４のアーク放電プラズマ４０７で２００ｓｃｃｍのＯ２ガスを励起させた酸素ラジカルの発生状態でＰｂ蒸発源４０２−１、Ｚｒ蒸発源４０２−２及びＴｉ蒸発源４０２−３を同時に蒸発させ、酸素ラジカルと反応させる。このとき、基板温度６００℃とする。次に、各Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ蒸発量が安定した時点で基板シャッタ（図示せず）を開としてペロブスカイト相のＰＺＴの成膜を開始し、所定時間後に、基板シャッタを閉とし、その後、各蒸発量をオフとする。このようにして、厚さ５μｍのＰＺＴ層４が形成される。
【００４０】
最後に、スパッタリング工程５０５にて、マグネトロンスパッタ装置を用いて厚さ１５０ｎｍのＰｔ上部電極層５を形成し、図１の圧電体装置が完成する。
【００４１】
図１の圧電体装置をＭＥＭＳ技術によって長さ２ｍｍ、幅３００μｍのカンチレバー素子とし、これをリッド封止したセラミックパッケージに実装して初期の圧電定数（ｄ３１）を測定した。この結果、圧電定数（ｄ３１）は１０Ｖ／μｍの電圧印加の基で２２０ｐｍ／Ｖと良好な圧電特性を示した。また、１０５℃の環境局面の基で振幅５０Ｖの６０Ｈｚの単極性三角波電圧を印加して連続駆動試験を行った。その結果を図７に示す。図７に示すように、ＰｂＯ１−ｘバッファ層を有しない第１の従来の圧電体装置を含む光偏向器は２７０時間で絶縁破壊し、単一組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層６を有する第２の従来の圧電体装置を含む光偏向器は６８０時間で絶縁破壊したのに対し、本発明に係る傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層７を有する圧電体装置を含む光偏向器は１０００時間以上まで絶縁破壊せず耐久性が向上した。
【００４２】
上述の実施の形態においては、圧電体層としてＰＺＴ層を用いたが、本発明はＰｂを含む圧電体層に適用できる。
【００４３】
また、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲内のいかなる変更も適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、超小型レーザプロジェクタ、車載用ヘッドアップディスプレイ、車載インパネ用リアプロジェクションディスプレイ、車載Ａピラー用プロジェクションディスプレイ、アダプティブ・ドライビング・ビーム（ＡＤＢ）灯体、車載レーザレーダ（ＬＩＤＡＲ）等に利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
１：単結晶シリコン基板
２：酸化シリコン層
３：下部電極層
３−１：Ｔｉ密着層
３−２：Ｐｔ金属層
３−３：ＳＲＯ層
４：ＰＺＴ層
５：Ｐｔ上部電極層
６：単一組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層
７：傾斜組成ＰｂＯ１−ｘバッファ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月28日(2016.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
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