(57)【要約】【課題】十分な圧電性を有し、高い周波帯域での利用が可能な半導体素子、フィルタ素子、通信機器及び半導体素子の製造方法を提供すること。【解決手段】下部電極４上に設けられる圧電薄膜５が単結晶のＡｌＮからなるので、当該圧電薄膜５を構成する結晶の結晶性が高くなる。しかも、この圧電薄膜５が単結晶のＲｕを主成分とする上面４ｂ上に配置されるので、下部電極４との界面で反応が起こるのを回避でき、圧電薄膜５の界面を平坦にすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の表面側が単結晶のＲｕを主成分としたＲｕ基板と、
前記一方の表面上に設けられ、単結晶のＩＩＩ族窒化物からなる半導体薄膜と
を具備することを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記半導体薄膜が単結晶のＡｌＮからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
開口部を有する基板と、
前記基板の開口部を塞ぐように前記基板上に設けられ、少なくとも前記開口部を塞ぐ面の反対面側が単結晶のＲｕを主成分とした下部電極と、
前記下部電極の前記反対面上に設けられ、単結晶のＡｌＮからなる圧電膜と、
前記下部電極との間で前記圧電膜を挟持するように前記圧電膜上に設けられた上部電極と
を具備することを特徴とするフィルタ素子。
【請求項４】
開口部を有する基板と、前記基板の開口部を塞ぐように前記基板上に設けられ少なくとも前記開口部を塞ぐ面の反対面側が単結晶のＲｕを主成分とした下部電極と、前記下部電極の前記反対面上に設けられ単結晶のＡｌＮからなる圧電膜と、前記下部電極との間で前記圧電膜を挟持するように前記圧電膜上に設けられた上部電極とを有するフィルタ素子を搭載したことを特徴とする通信機器。
【請求項５】
Ｒｕ基板上にＩＩＩ族窒化物からなる半導体薄膜が設けられた半導体素子の製造方法であって、
少なくとも一方の表面が単結晶のＲｕを主成分としたＲｕ基板を所定の圧力以下に減圧されたチャンバ内で第１の温度で加熱し、
加熱後、前記Ｒｕ基板の前記一方の表面に単結晶のＩＩＩ族窒化物からなる半導体薄膜を形成する
ことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記Ｒｕ基板の前記一方の表面上にＩＩＩ族窒化物を第２の温度でエピタキシャル成長させることにより前記半導体薄膜を形成する
ことを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
窒素ガス雰囲気下でＩＩＩ族金属又はＩＩＩ族窒化物からなるターゲットにパルスレーザ光を照射して前記ＩＩＩ族金属の原子又はＩＩＩ族窒化物を蒸発させ、
蒸発した前記ＩＩＩ族金属の原子又はＩＩＩ族窒化物を前記基板の前記一方の表面に近接させることにより、前記ＩＩＩ族窒化物を前記基板の一方の表面上にエピタキシャル成長させる
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
窒素ガス雰囲気下でＩＩＩ族金属又はＩＩＩ族窒化物からなるターゲットにパルス電子線を照射して前記ＩＩＩ族金属の原子又はＩＩＩ族窒化物を蒸発させ、
蒸発した前記ＩＩＩ族金属の原子又はＩＩＩ族窒化物を前記基板の前記一方の表面に近接させることにより、前記ＩＩＩ族窒化物を前記基板の一方の表面上にエピタキシャル成長させる
ことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記半導体薄膜を構成する前記ＩＩＩ族窒化物がＡｌＮである
ことを特徴とする請求項５乃至請求項８に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の温度が、４００℃以上である
ことを特徴とする請求項５乃至請求項９のうちいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の温度が、７００℃以下である
ことを特徴とする請求項６乃至請求項１０のうちいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、フィルタ素子、通信機器及び半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの移動通信機器の急速な普及により、通信機器の使用する周波帯域が不足し、逼迫した状態にある。将来的には、従来の帯域（６ＧＨｚ以下：逼迫帯域）よりも周波数の大きい帯域（６ＧＨｚ以上：非逼迫帯域）の利用が検討されている。周波数が大きい帯域を利用することにより、これまでよりも大容量のデータの送受信が可能となるため、期待されている。
【０００３】
このような通信機器やその基地局などには、多種の電波信号の中から特定周波数の信号だけをとり出す電子デバイス素子（フィルタ素子）が搭載されている。特に近年では、圧電薄膜共振子（ＦＢＡＲ：Film Bulk Acoustic Resonator）などの小型のフィルタ素子が開発されている。
【０００４】
ＦＢＡＲは、開口部を有する基板上に、当該開口部を塞ぐように半導体素子が配置された構成になっている。この半導体素子は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などからなる圧電膜を一対の金属電極で挟持した構成になっており、当該一対の金属電極のうち一方の金属電極（下部電極）が基板の開口部を塞いでいる。ＡｌＮの圧電膜はＡｌＮの結晶性が高く、下部電極との界面が平坦なほど性能が高いため、下部電極上にエピタキシャル成長させて単結晶として作製すると効果的であることが知られている。
【０００５】
ＦＢＡＲの下部電極としては、音響インピーダンスの高い金属材料を用いることが好ましいとされており、例えば、特許文献１には下部電極としてＲｕ電極を用いた例が開示されている。この特許文献１においては、ＡｌＮの圧電膜をスパッタリング法によって多結晶のＡｌＮ膜を形成し、その後この圧電膜を加熱することによって結晶性を向上させている。  
【特許文献１】特開２００５−７３１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように結晶性を向上させてもなお多結晶ＡｌＮは単結晶ＡｌＮに比べて結晶性が低く、圧電性が十分ではない。その上、多結晶ＡｌＮ膜は、Ｒｕ電極との間で界面反応を起こし、Ｒｕ電極との界面が平坦になりにくい。このため、１０ＧＨｚを超える高い周波数帯での利用に耐えうる良質な圧電膜を得るのは困難である。  
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、結晶性が高く、Ｒｕ基板との界面が平坦な半導体薄膜を備えた半導体素子、フィルタ素子、通信機器及び半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体素子は、少なくとも一方の表面側が単結晶のＲｕを主成分としたＲｕ基板と、前記一方の表面上に設けられ、単結晶のＩＩＩ族窒化物からなる半導体薄膜とを具備することを特徴とする。  
本発明によれば、Ｒｕ基板に設けられる半導体薄膜が単結晶のＩＩＩ族窒化物からなるので、当該半導体薄膜を構成する結晶の結晶性が高くなる。しかも、この半導体薄膜が単結晶のＲｕ上に配置されるので、Ｒｕ基板との界面で反応が起こるのを回避でき、Ｒｕ基板との界面を平坦にすることができる。
【０００８】
上記の半導体素子は、前記半導体薄膜が単結晶のＡｌＮからなることを特徴とする。  
多種の電波信号の中から特定周波数の信号だけをとり出すフィルタ素子の圧電膜としてはＡｌＮが好ましいことが知られている。本発明によれば、半導体薄膜が単結晶のＡｌＮからなるので、このようなフィルタ素子など好適に搭載することができる。
【０００９】
本発明に係るフィルタ素子は、開口部を有する基板と、前記基板の開口部を塞ぐように前記基板上に設けられ、少なくとも前記開口部を塞ぐ面の反対面側が単結晶のＲｕを主成分とした下部電極と、前記下部電極の前記反対面上に設けられ、単結晶のＡｌＮからなる圧電膜と、前記下部電極との間で前記圧電膜を挟持するように前記圧電膜上に設けられた上部電極とを具備することを特徴とする。  
本発明によれば、下部電極上に設けられる半導体薄膜が単結晶のＡｌＮからなるので、多結晶のＡｌＮに比べて半導体薄膜の結晶性が高くなる。このため、高い圧電性を有する半導体薄膜が得られる。しかも、この半導体薄膜が単結晶のＲｕ上に配置されるので、下部電極との界面で反応が起こるのを回避でき、下部電極との界面を平坦にすることができる。これにより、高い周波帯域での利用も可能となる。
【００１０】
本発明に係る通信機器は、開口部を有する基板と、前記基板の開口部を塞ぐように前記基板上に設けられ少なくとも前記開口部を塞ぐ面の反対面側が単結晶のＲｕを主成分とした下部電極と、前記下部電極の前記反対面上に設けられ単結晶のＡｌＮからなる圧電膜と、前記下部電極との間で前記圧電膜を挟持するように前記圧電膜上に設けられた上部電極とを有するフィルタ素子を搭載したことを特徴とする。  
本発明によれば、十分な圧電性を有し、高い周波帯域での利用が可能なフィルタ素子を搭載したので、従来の逼迫帯域に加えて非逼迫帯域の電波も利用可能な通信機器を得ることができる。
【００１１】
本発明に係る半導体素子の製造方法は、Ｒｕ基板上にＩＩＩ族窒化物からなる半導体薄膜が設けられた半導体素子の製造方法であって、少なくとも一方の表面が単結晶のＲｕを主成分としたＲｕ基板を所定の圧力以下に減圧されたチャンバ内で第１の温度で加熱し、加熱後、前記Ｒｕ基板の前記一方の表面に単結晶のＩＩＩ族窒化物からなる半導体薄膜を形成することを特徴とする。  
本発明によれば、Ｒｕ基板のうち単結晶のＲｕを主成分とした一方の表面に単結晶のＩＩＩ族窒化物からなる半導体薄膜を形成するので、ＩＩＩ族窒化物においてＲｕ基板との界面で界面反応が生じるのを回避することができる。  
また、Ｒｕ基板には微量のＯ原子が結合し、表面に酸化膜が形成されている。本発明によれば、Ｒｕ基板を減圧されたチャンバ内で第１の温度で加熱することにより、Ｒｕ基板からＯ原子を除去し、単結晶のＲｕからなる一方の表面に形成された酸化膜を除去することができる。酸化膜を除去したＲｕ基板の一方の表面上に半導体薄膜を形成するので、良質の半導体薄膜を形成することができる。
【００１２】
上記の半導体素子の製造方法は、前記Ｒｕ基板の前記一方の表面上にＩＩＩ族窒化物を第２の温度でエピタキシャル成長させることにより前記半導体薄膜を形成することを特徴とする。  
本発明によれば、Ｒｕ基板のうち単結晶のＲｕを主成分とした一方の表面上にＩＩＩ族窒化物をエピタキシャル成長させることにより、単結晶のＩＩＩ族窒化物薄膜を作成することができる。また、ＩＩＩ族窒化物とＲｕ基板との界面での界面反応がほとんど発生せず、Ｒｕ基板との界面を平坦に形成することができる。
【００１３】
上記の半導体素子の製造方法は、窒素ガス雰囲気下でＩＩＩ族金属又はＩＩＩ族窒化物からなるターゲットにパルスレーザ光を照射して前記ＩＩＩ族金属の原子又はＩＩＩ族窒化物を蒸発させ、蒸発した前記ＩＩＩ族金属の原子又はＩＩＩ族窒化物を前記基板の前記一方の表面に近接させることにより、前記ＩＩＩ族窒化物を前記基板の一方の表面上にエピタキシャル成長させることを特徴とする。  
本発明によれば、ターゲットにパルスレーザ光を照射することにより、ターゲットを構成する原子あるいは分子に運動エネルギーを供給することができるので、エピタキシャル成長を低温で行うことができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物を例えば６００℃以下でエピタキシャル成長させることも可能となる。
【００１４】
上記の半導体素子の製造方法は、窒素ガス雰囲気下でＩＩＩ族金属又はＩＩＩ族窒化物からなるターゲットにパルス電子線を照射して前記ＩＩＩ族金属の原子又はＩＩＩ族窒化物を蒸発させ、蒸発した前記ＩＩＩ族金属の原子又はＩＩＩ族窒化物を前記基板の前記一方の表面に近接させることにより、前記ＩＩＩ族窒化物を前記基板の一方の表面上にエピタキシャル成長させることを特徴とする。  
本発明によれば、ターゲットにパルスレーザ光を照射する場合に対してより多くの運動エネルギーを供給することができるので、パルスレーザ光を照射する場合よりも低温でＩＩＩ族窒化物をエピタキシャル成長させることができる。
【００１５】
上記の半導体素子の製造方法は、前記半導体薄膜を構成する前記ＩＩＩ族窒化物がＡｌＮであることを特徴とする。  
本発明によれば、結晶性が高く、しかもＲｕ基板との界面が平坦な半導体薄膜を得ることができる。加えて、例えば上述のフィルタ素子を製造する工程で、本発明を適用することができるという利点もある。
【００１６】
上記の半導体素子の製造方法は、前記第１の温度が、４００℃以上であることを特徴とする。  
Ｒｕ基板を加熱するときの第１の温度が４００℃よりも低いＲｕ基板中のＯ原子を十分に除去できない場合がある。特にＲｕ基板の場合、４００℃以上の加熱により蒸気圧の高いＲｕＯ４としてＲｕ基板から容易に離脱させることができるという利点がある。このような意義があるため、本発明では、４００℃以上の温度でＲｕ基板を加熱することとしている。
【００１７】
上記の半導体素子の製造方法は、前記第２の温度が、７００℃以下であることを特徴とする。  
Ｒｕ基板の一方の表面上にＩＩＩ族窒化物をエピタキシャル成長させるときの第２の温度が７００℃を超えると、Ｒｕ基板とＩＩＩ族窒化物との間で界面反応が生じてしまい、結晶性が悪化することになる。このため、本発明では、７００℃以下の温度でＩＩＩ族窒化物をエピタキシャル成長させることとしている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、Ｒｕ基板に設けられる半導体薄膜が単結晶のＩＩＩ族窒化物からなるので、当該半導体薄膜を構成する結晶の方位が一方位に揃っており、十分な圧電性を有することとなる。しかも、この半導体薄膜が単結晶のＲｕ上に配置されるので、ＩＩＩ族窒化物の膜厚を均一に形成することができる。これにより、高い周波帯域での利用も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。  
図１は、本実施形態に係る圧電薄膜共振子（フィルタ素子）１の概略的な構成を示す図である。  
同図に示すように、圧電薄膜共振子１は、基板２と、半導体素子３とを主体として構成されている。この圧電薄膜共振子１は、多種の電波信号の中から特定周波数の信号だけをとり出すフィルタ素子として用いられるものであり、例えば携帯電話やＰＨＳ、放送衛星などの移動型通信機器、固定電話や通信基地局、放送局などに設けられる固定型の通信機器など、各種通信機器に搭載される。
【００２０】
基板２は、例えばシリコンなどからなり、中央部には開口部７が設けられている。  
半導体素子３は、基板２の開口部７を塞ぐように基板２上に配置されており、下部電極４と、圧電薄膜（半導体薄膜）５と、上部電極６とを主体として構成されている。
【００２１】
下部電極４は、Ｒｕを主成分とした金属電極である。この下部電極４は、下面４ａが基板２の開口部７を塞ぐように配置されている。下部電極４の下面４ａが開口部７を塞ぐように配置されていることで、圧電薄膜５の振動が妨げられないようになっている。下部電極４の上面４ｂ側（上面４ｂを含む）は単結晶のＲｕを主成分として構成されている。この単結晶Ｒｕの結晶の方位は（０００１）である。
【００２２】
圧電薄膜５は、単結晶のＡｌＮからなる半導体薄膜であり、下部電極４の上面４ｂ上に配置されている。圧電薄膜５は、下部電極４との界面５ａが平坦になるように形成されている。この圧電薄膜５は、電気的な高周波信号を印加することで振動するようになっている。
【００２３】
上部電極６は、例えば下部電極４と同一の材料であるＲｕを主成分とした金属電極である。この上部電極６は、下部電極４との間で圧電薄膜５を挟持するように当該圧電薄膜５上に設けられている。上部電極６には、Ｒｕ以外の金属を用いても構わない。図示を省略するが、下部電極４と上部電極６との間に高周波信号を印加する電気的機構が設けられている。
【００２４】
次に、上記のように構成された圧電薄膜共振子１の製造方法を説明する。本実施形態では、下部電極４上に圧電薄膜５をパルスレーザ堆積法（以下、「ＰＬＤ法」という）によってエピタキシャル成長させる手法を説明する。  
まず、基板２上に下部電極４を形成する。具体的には、基板２上に単結晶あるいは多結晶のＲｕ薄膜を形成し、このＲｕ薄膜上に単結晶のＲｕをエピタキシャル成長させて形成する。この工程により、上面４ｂ側が単結晶のＲｕを主成分とする下部電極４を基板２上に形成することができる。
【００２５】
次に、図２に示すように、下部電極４の上面４ｂをダイヤモンドスラリー８などの粗い研磨剤で荒削りし、その後コロイダルシリカ９などの細かい研磨剤で精密に研磨して、当該上面４ｂを平坦化する。研磨した後の上面４ｂはＲｕの酸化膜で覆われた状態になっている。
【００２６】
次に、基板２上に形成した下部電極４を加熱する。図３に示すように、下部電極４形成後の基板２を超高真空チャンバ１０内に収容する。この超高真空チャンバ１０は、下部電極４を加熱することできると共にＰＬＤ法によって圧電薄膜５を成長することも可能になっている。
【００２７】
この超高真空チャンバ１０は、レーザ光源１１と、ターゲットホルダ２１と、基板ホルダ３１と、窒素ガス供給部１４と、圧力調節部１５とを備えている。レーザ光源１１としては、例えば波長約２４８ｎｍの高出力のパルスレーザを射出可能なＫｒＦエキシマレーザ光源などが用いられる。レーザ光源１１は、超高真空チャンバ１０の外部に設けられており、超高真空チャンバ１０にはレーザ光源１１からのパルスレーザ光をチャンバ内部に到達させるための光透過可能な窓部１０ａが設けられている。基板ホルダ３１内部には、例えば電熱線などの加熱機構が設けられており、基板２を保持したまま加熱できるようになっている。圧力調節部１５は、チャンバ内の圧力を調節するための真空ポンプと圧力バルブとを備えている。
【００２８】
この下部電極４の加熱工程では、基板２を基板ホルダ３１に保持させ、圧力調節部１５によって超高真空チャンバ１０内を真空状態にし、基板２及び下部電極４を４００℃以上の温度、例えば８７０℃程度で３０分程度加熱（アニール）する。この加熱により、下部電極４の上面４ｂ付近が一旦ルテニウム酸化物（ＲｕＯｘ）に変化し、その後ＲｕＯ４となる。ＲｕＯ４は蒸気圧が高いので、下部電極４の上面４ｂから蒸発し、結果として下部電極４の上面の酸化膜（Ｏ原子）が除去される。
【００２９】
次に、下部電極４の上面４ｂ上に例えばＰＬＤ法によってＡｌＮの薄膜をエピタキシャル成長させる。具体的には、図４に示すように、基板２を超高真空チャンバ１０内の基板ホルダ３１に保持させたまま、超高真空チャンバ１０内のターゲットホルダ２１にＡｌＮ焼結体からなるターゲット２２を保持させる。このとき基板２の温度を７００℃以下、好ましくは４００℃〜６００℃程度、より好ましくは５００℃程度に保っておく。この状態で窒素ガス供給部１４からチャンバ内に窒素ガスを供給する。チャンバ内を窒素ガス雰囲気にしたら、圧力調節部１５でチャンバ内の圧力を調節しながら、レーザ光源１１からスリット１０ａを介してターゲット２２にパルスレーザ光を照射する。ターゲット２２にパルスレーザ光が照射されると、そのエネルギーによってターゲット２２を構成するＡｌＮ焼結体の一部が蒸発してプルームとなり、下部電極４の上面４ｂに堆積する。このように、下部電極４の上面４ｂ上にＡｌＮの薄膜３５が成長し、圧電薄膜５が形成される。
【００３０】
次に、基板２の中央部に開口部７を形成する。具体的には、図５に示すように、基板２の下面２ａ側から基板２の中央部をエッチングして除去する。エッチャントとしては、シリコンを侵食するがＲｕを侵食しない物質、例えばフッ素系の物質を用いることが好ましい。
【００３１】
次に、図６に示すように、圧電薄膜５上に上部電極６を形成する。この工程では、例えば圧電薄膜５上にＲｕをエピタキシャル成長させて形成する。スパッタリング法によって上部電極６を形成しても構わない。  
このようにして、圧電薄膜共振子１が完成する。
【００３２】
本実施形態によれば、下部電極４上に設けられる圧電薄膜５が単結晶のＡｌＮからなるので、当該圧電薄膜５を構成する結晶の結晶性が高くなる。これにより、高い圧電性を有する圧電薄膜５を得ることができる。しかも、この圧電薄膜５が単結晶のＲｕを主成分とする上面４ｂ上に配置されるので、下部電極４との界面で反応が起こるのを回避でき、圧電薄膜５の界面を平坦にすることができる。これにより、高い周波帯域での利用が可能な圧電薄膜共振子１を得ることができる
また、本実施形態では、十分な圧電性を有し、高い周波帯域での利用が可能な圧電薄膜共振子１を、多種の電波信号の中から特定周波数の信号だけをとり出すフィルタ素子として上記の通信機器、基地局などに搭載することによって、従来の逼迫帯域に加えて非逼迫帯域の電波も利用可能な通信機器を得ることができる。
【００３３】
本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。  
上記実施形態では、Ｒｕ薄膜状にＡｌＮ薄膜をエピタキシャル成長させる手法を説明したが、これに限られることは無く、例えばＡｌＮの他にＧａＮやＩｎＮなどのＩＩＩ族窒化物の薄膜をエピタキシャル成長させる場合であっても、同様の説明が可能である。したがって、Ｒｕ薄膜（又はＲｕ基板）上にＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮなどのＩＩＩ族窒化物の薄膜をエピタキシャル成長させる場合においても、本発明の適用が可能である。
【００３４】
また、上記実施形態では、ターゲットにパルスレーザ光を照射してターゲット構成原子を蒸発させるパルスレーザ堆積法（ＰＬＤ）によってエピタキシャル成長を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限られることは無く、例えばターゲットにパルス電子線を照射するパルス電子線堆積法（ＰＥＤ）によってエピタキシャル成長を行うようにしても構わない。ＰＥＤ法によれば、パルスレーザ光を照射する場合に比べて多くの運動エネルギーをターゲットに供給することができ、より低温でエピタキシャル成長を行うことが可能となる。
【実施例】
【００３５】
次に、本発明に係る実施例を説明する。  
まず、Ｒｕ基板（下部電極４）の特性についての実施例を説明する。  
図７は、Ｒｕ基板に結合されたＯ原子を除去した後、Ｒｕ基板の表面のＯ原子の含有量を測定した結果である。グラフの横軸は結合エネルギーの大きさ（単位ｅＶ）であり、グラフの縦軸は相対量である。図７に示すように、Ｒｕ基板を加熱しない場合（室温：ＲＴ）では、結合エネルギーが５２９ｅＶ〜５３５ｅＶにかけてグラフが大きな値になっている。これは、Ｏ原子が十分に除去されておらず、Ｒｕ基板の表面に酸化膜が残留していることを示している。４００℃以上、具体的には、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃で加熱した場合については、それぞれグラフに大きな変化は無い。これらのグラフは、Ｏ原子が十分に除去され、Ｒｕ基板の表面から酸化膜が除去されたことを示している。図７の結果から、下部電極４を４００℃以上で加熱するとＯ原子が十分に除去され、酸化膜が除去されるといえる。
【００３６】
図８は、下部電極４のＲＨＥＥＤ観察の結果を示している。図８（ａ）はＲｕ基板形成直後の結果、図８（ｂ）は４５０℃で加熱してＯ原子を除去した後の結果、図８（ｃ）は８７０℃で加熱してＯ原子を除去した後の結果をそれぞれ示している。図８（ａ）ではストリークパターンがややぼやけているのに比べて、図８（ｂ）ではストリークパターンが細くはっきりと現れている。また、図８（ａ）及び図８（ｂ）に比べて、図８（ｃ）ではストリークパターンが一層細くはっきりと現れており、さらにこのパターンの長さが短くなっている。これらの図から、加熱温度が高いほどＲｕ基板の表面において平坦な領域が拡大し、表面状態が良好になっているといえる。
【００３７】
次に、ＡｌＮ薄膜（圧電薄膜５）の特性についての実施例を説明する。ここでは、上記実施形態のようにＲｕ基板を８７０℃で３０分程度加熱した後、（１）ＡｌＮ薄膜を５００℃で成長させた場合、（２）ＡｌＮ薄膜を８００℃で成長させた場合、のそれぞれについて比較検討している。
【００３８】
図９は、この実施例におけるタイムチャートである。（１）及び（２）の場合ともにＡｌＮ薄膜をＰＬＤ法によって作製し、図９に示すように、ＡｌＮ薄膜の成長時間については、（１）及び（２）の場合ともそれぞれ３０分ずつとした。また、この実施例では、ＰＬＤ法に用いる超高真空チャンバ内の窒素分圧を１．０×１０−２（Ｔｏｒｒ）とし、パルスレーザの繰り返し周波数を３０Ｈｚとした。
【００３９】
図１０は８００℃でＡｌＮを成長させた場合、図１１は５００℃でＡｌＮを成長させた場合のそれぞれのＲＨＥＥＤ観察のストリークパターン及び分光エリプソメトリーを示す図である。  
８００℃でＡｌＮを成長させた場合、図１０（ａ）に示すように、ＲＨＥＥＤ観察によるストリークパターンが円弧状にややぼやけて現れている。この結果から、８００℃でＡｌＮを成長させた場合には多結晶になることがわかる。また、図１０（ｂ）に示すように、分光エリプソメトリーからは、下部電極４とＡｌＮ薄膜との界面における界面反応層の層厚が２０ｎｍ程度であることがわかる。これらの図から、８００℃の場合、温度が高いため界面反応が生じ、多結晶のＡｌＮが成長したものと考えられる。
【００４０】
これに対して、５００℃でＡｌＮを成長させた場合、図１１（ａ）に示すように、ＲＨＥＥＤ観察によるストリークパターンが直線状にはっきりと現れている。この結果から、５００℃でＡｌＮを成長させた場合には単結晶になることがわかる。また、図１１（ｂ）に示すように、分光エリプソメトリーからは、下部電極とＡｌＮ薄膜との界面における界面反応層の層厚が０．９ｎｍ程度であることがわかる。これらの図から、５００℃の場合、界面反応がほとんど発生せず、単結晶のＡｌＮが成長したものと考えられる。
【００４１】
図１２は、５００℃で成長させたＡｌＮ結晶のＥＢＳＤ極点図である。  
同図に示すように、このＡｌＮ結晶のＥＢＳＤ極点図は明瞭な６回回転対称を示しており、３０°回転ドメインは存在していない。この図から、結晶の成長方位が（０００１）にほぼ定まっていることがわかる。
【００４２】
図１３は、５００℃で成長させたＡｌＮ結晶のＸＰＳ測定図である。グラフの横軸は結合エネルギー（単位はｅＶ）を示しており、グラフの縦軸は相対値を示している。  
同図に示すように、このＡｌＮ結晶のＸＰＳ測定図において、破線で示した４６８ｅＶにおいて特段ピークが見られない。ＡｌＮ結晶内にＲｕが混合している場合には、この４６８ｅＶにおいてピークが見られる。したがって、この図から、ＡｌＮ表面へのＲｕの拡散が無いことがわかる。
【００４３】
図１４は、ＡｌＮ結晶の成長温度と結晶性との関係を示すグラフである。グラフの横軸は成長温度を示しており、グラフの縦軸はＡｌＮ結晶のツイスト角の半値幅（単位は度）を示している。  
同図に示すように、成長温度が４００℃の場合、半値幅は約１．４°程度である。成長温度が５００℃の場合、半値幅は約１．１°程度である。成長温度が６００℃の場合、半値幅は約０．５°程度である。このように、成長温度が４００℃〜６００℃にかけては、成長温度の上昇と共に半値幅が減少する傾向にある。これに対して、成長温度が７００℃の場合、半値幅は約１．３°程度である。成長温度が８００℃の場合、半値幅は約１．９°程度である。このように、成長温度が６００℃を超えると、半値幅が急激に増加する傾向にある。
【００４４】
金属基板上のＡｌＮ結晶は、低温では結晶性が向上しにくいことが分かっている。成長温度が４００℃〜６００℃の間では、成長温度の上昇と共に結晶性が向上していき、ツイスト角の半値幅が減少するものと考えられる。成長温度が７００℃を超えると、ＡｌＮ結晶と下部電極４との間で界面反応が発生して結晶性が悪くなってしまうので、ツイスト角の半値幅が増加するものと考えられる。この結果から、ＡｌＮ分子の成長温度は４００℃以上７００℃以下が好ましい範囲であるといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施形態に係る圧電薄膜共振子の概略構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態に係る圧電薄膜共振子の製造過程を示す図。
【図３】同、工程図。
【図４】同、工程図。
【図５】同、工程図。
【図６】同、工程図。
【図７】本発明の実施例に係る下部電極の特性を示すグラフ。
【図８】本実施例に係る下部電極についてのＲＨＥＥＤ図。
【図９】本実施例に係る下部電極形成及びＡｌＮ薄膜形成のタイムチャート。
【図１０】本実施例に係るＡｌＮ薄膜の特性を示す図。
【図１１】本実施例に係るＡｌＮ薄膜の特性を示す図。
【図１２】本実施例に係るＡｌＮ薄膜についてのＥＢＳＤ極点図。
【図１３】本実施例に係るＡｌＮ薄膜についてのＸＰＳ測定図。
【図１４】本実施例に係るＡｌＮ薄膜の特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４６】
１…圧電薄膜共振子  ２…基板  ３…半導体素子  ４…下部電極  ５…圧電薄膜  ６…上部電極  ７…開口部  １０…超高真空チャンバ  １０ａ…スリット  １１…レーザ光源  １４…窒素ガス供給部  １５…圧力調節部  ２１…ターゲットホルダ  ２２…ターゲット  ３１…基板ホルダ
【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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