(57)【要約】【課題】導電層を有しかつ結晶性の良好な圧電性、電歪性を示す酸化物層を形成し得る薄膜積層体及び高性能かつ低コスト化可能な電子装置及びアクチュエータを実現する。【解決手段】シリコン又はＧａＡｓの単結晶基板１１上に、中間層１２、下部導電層１３、酸化物層１４、上部導電層１５が順次積層された構成とする。マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）よりなる中間層１２、白金族の元素またはその合金よりなる下部導電層１３、単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層１４はエピタキシャル成長して形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板と、
前記単結晶基板上にエピタキシャル成長により形成されたマグネシアスピネルよりなる中間層と、
前記中間層上にエピタキシャル成長により形成された白金族元素よりなる導電層とよりなり、
単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層をエピタキシャル成長させる薄膜積層体。
【請求項２】
前記導電層上にエピタキシャル成長により形成された単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層を更に設けたことを特徴とする請求項１記載の薄膜積層体。
【請求項３】
請求項２記載の薄膜積層体を備えたことを特徴とする電子装置。
【請求項４】
シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板と、
前記単結晶基板上にエピタキシャル成長により形成されたマグネシアスピネルよりなる中間層と、
前記中間層上にエピタキシャル成長により形成された白金族元素よりなる下部導電層と、
前記導電層上にエピタキシャル成長により形成された単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層と、
前記酸化物層上に形成された上部導電層とを有し、
前記酸化物層が圧電性または電歪性を示すことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項５】
前記単結晶基板と中間層との間に非晶質層がさらに形成されたことを特徴とする請求項４記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記非晶質層に開口部が設けられていることを特徴とする請求項５記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記単結晶基板の裏面に凹部が設けられていることを特徴とする請求項４〜６のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造が、ペロブスカイト構造、ビスマス層状構造、又はタングステンブロンズ構造のいずれかの構造であることを特徴とする請求項４〜７のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
【請求項９】
エピタキシャル膜が積層されたアクチュエータの製造方法であって、
シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板上にマグネシアスピネルよりなる中間層をエピタキシャル成長により形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に白金族元素よりなる下部導電層をエピタキシャル成長により形成する下部導電層形成工程と、
前記導電層上に単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層をエピタキシャル成長により形成する酸化物層形成工程と、
前記酸化物層上に上部導電層を形成する上部導電層形成工程と、
を含むアクチュエータの製造方法。
【請求項１０】
前記中間層形成工程と導電層形成工程との間に、熱処理により単結晶基板と中間層との間に非晶質層を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項９記載のアクチュエータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高誘電性、圧電性、誘電性、焦電性等を示す、単純ペロブスカイト格子を結晶中に有する結晶構造の酸化物層をエピタキシャル成長可能な薄膜積層体、及び係る酸化物層を形成した薄膜積層体、さらに酸化物と形成した薄膜積層体を有する電子装置に関する。電子装置は、例えば、精密位置決め用アクチュエータ、ブザー等の駆動部、コンデンサ素子、ＤＲＡＭ、ＦｅＲＡＭ、ＳＡＷデバイス等に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、様々な駆動装置、例えば磁気ディスク装置のヘッド位置決め機構や医療用マイクロマシンの駆動機構に利用可能な、小型で高性能なアクチュエータが切望されている。このような小型化が必要なアクチュエータには、電場を印可すると機械的変形を生じる圧電材料や電歪材料を用いたものが薄膜にして実装可能な点で好適である。
【０００３】
圧電材料や電歪材料のうち、実用上十分な圧電性、電歪性を示すものは一部の酸化物に限られている。酸化物の中でも例えば単純ペロブスカイト格子を結晶中に有するペロブスカイト構造、ビスマス層状構造、タングステンブロンズ構造等を有する物質は強誘電体であり、圧電性、誘電性、焦電性、半導性、電気伝導性をもつ魅力的な材料である。特に、ペロブスカイト構造を有し、良好な特性を発現する材料は酸化物に限られている。
【０００４】
そして、圧電性や電歪性は酸化物を構成する原子の配置に由来するので、結晶であることが必要である。より理想的な特性を得るためには、組成が均一で欠陥のない単結晶膜が理想的である。しかし、単結晶膜を得ることは一般に容易ではない。通常利用されている圧電材料等は多結晶膜であり、多結晶膜は粒界等の欠陥が多数存在するため特性が単結晶膜より低下してしまう。そこで、特定の面方向に配向すれば特性は向上する傾向があるので、積層方向のみならず膜面内方向にも配向した膜、いわゆるエピタキシャル膜であることが好ましい。
【０００５】
従来、酸化物のエピタキシャル膜を成長させるために、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、アルミニウム酸ランタン（ＬａＡｌＯ３）などの酸化物単結晶基板が用いられてきた。これらの酸化物単結晶基板上に、下部電極として（００１）面が主面となる白金膜をエピタキシャル成長させて、白金膜の上にさらにエピタキシャル成長をさせて酸化物結晶膜を形成している。
【０００６】
しかし、一般に用いられている酸化物単結晶基板は２インチ程度であり、大型化が困難である。また価格の点でも、６インチのシリコン単結晶基板が数千円であるのに対し、２インチのＭｇＯ基板は十数万円と高価であるので実用上難点がある。そこで、酸化物層のエピタキシャル膜を成長させる基板として、シリコン単結晶基板を用いる検討が行われている。
【０００７】
まず、シリコン単結晶基板上にエピタキシャル膜を成長させるためには、シリコン単結晶基板の表面の配向を利用する必要がある。しかし、シリコン単結晶基板の表面が高温で酸素雰囲気中に曝されると、酸化されてシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）が形成されてしまう。シリコン酸化膜は非晶質で配向を持たないのでシリコン酸化膜上にはエピタキシャル膜は成長しない。また、エピタキシャル膜の成長には、成長させる膜とシリコン単結晶基板との間の反応や拡散が少ないことも重要である。したがって、これまでに、シリコン単結晶基板上にエピタキシャル成長可能な材料として、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の希土類元素の酸化物、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、マグネシアスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）などが開示されている。これらの材料の結晶層を中間層として、中間層上にペロブスカイト構造を有する酸化物のエピタキシャル膜を形成する試みがなされている。
【０００８】
これらに中間層のうち、マグネシアスピネル膜は、シリコン基板（００１）面上に（００１）面を主面としてエピタキシャル成長し、さらにペロブスカイト構造（００１）面がエピタキシャル成長することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５５−６１０３５号公報
【非特許文献１】
Ｍａｔｓｕｂａｒａ  ｅｔ  ａｌ；  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，  ６６  （１９８９）  ５８２６
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アクチュエータ、コンデンサ素子などに用いるためには、中間層と酸化物層との間に下部電極となる導電層が必要となる。すなわち、マグネシアスピネル膜とペロブスカイト酸化物層のエピタキシャル膜との間に導電層を設ける必要がある。
【００１１】
しかし、導電層を設けた場合において、導電層の結晶性が低い場合、又はマグネシアスピネル膜上にエピタキシャル成長されない場合は、結晶性が低下し、又は導電層上に形成されるペロブスカイト酸化物層の結晶方位が変化し分極方向と大きくずれてしまい、圧電性や電歪性が劣化してしまうという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明の第１の目的は、導電層を有し、かつ良好な結晶性を有すると共に、高誘電性、優れた圧電性、電歪性を示す酸化物層を形成し得る薄膜積層体を実現することである。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、良好な結晶性を有すると共に、高誘電性、優れた圧電性、電歪性を示す酸化物層を備え、高性能かつ低コスト化可能な電子装置及びアクチュエータを実現することである。
【００１４】
さらに、本発明の第３の目的は、上記薄膜積層体を備え高性能かつ低コスト化可能なアクチュエータの製造方法を実現することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板と、前記単結晶基板上にエピタキシャル成長により形成されたマグネシアスピネルよりなる中間層と、前記中間層上にエピタキシャル成長により形成された白金族元素よりなる導電層とよりなり、単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層をエピタキシャル成長させる薄膜積層体が実現される。
【００１６】
本発明によれば、白金族元素よりなる導電層は、マグネシアスピネルよりなる中間層に対してエピタキシャル成長して形成されている。したがって、白金族元素よりなる導電層の結晶性が良好であるので、導電層上に単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の良好な結晶性を有する酸化物層をエピタキシャル成長させることができる。また、薄膜積層体にはシリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板が用いられているので、従来のＭｇＯの単結晶基板を用いた場合と比較して、大面積化かつ低コスト化が可能となる。
【００１７】
前記導電層上にエピタキシャル成長により形成された単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層を更に設けてもよい。酸化物層の結晶性が良好であるので、誘電率、圧電性、電歪性などの特性を向上することができる。
【００１８】
本発明のその他の観点によれば、前記薄膜積層体を備えた電子装置が実現される。
【００１９】
本発明によれば、前記薄膜積層体は導電層上に単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層が良好な結晶性を有している。また、シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板が用いられているので、従来のＭｇＯの単結晶基板を用いた場合と比較して、大面積化かつ低コスト化が可能となる。したがって、高誘電性、優れた圧電性、電歪性を示す酸化物層を備えた安価な電子装置が実現できる。
【００２０】
本発明のその他の観点によれば、シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板と、前記単結晶基板上にエピタキシャル成長により形成されたマグネシアスピネルよりなる中間層と、前記中間層上にエピタキシャル成長により形成された白金族元素よりなる下部導電層と、前記導電層上にエピタキシャル成長により形成された単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層と、前記酸化物層上に形成された上部導電層とを有し、前記酸化物層が圧電性または電歪性を示すアクチュエータが実現される。
【００２１】
本発明によれば、単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層はエピタキシャル成長して形成されている。したがって、酸化物層は良好な結晶性と有するので、優れた圧電性、電歪性を示す。また、シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板が用いられているので、従来のＭｇＯの単結晶基板を用いた場合と比較して、大面積化かつ低コスト化が可能となる。
【００２２】
前記単結晶基板と中間層との間に非晶質層がさらに形成された構成としても良い。前記非晶質層に開口部が設けられていても良い。酸化物層の一側を中間層及び下部導電層のみにして薄膜化を図り可撓性を高めるとともに、酸化物層が変位する際に撓む空間を設けることでアクチュエータが変位可能な範囲を拡大して、アクチュエータの変位効率をさらに向上することができる。
【００２３】
前記単結晶基板の裏面に凹部が設けられていても良い。単結晶基板を薄膜化し可撓性を付与することにより、アクチュエータの変位効率をさらに向上することができる。
【００２４】
前記単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造が、ペロブスカイト構造、ビスマス層状構造、又はタングステンブロンズ構造のいずれかであっても良い。このような結晶構造を有する酸化物層は、優れた圧電性、電歪特性を有している。かかかる酸化物層の結晶性が良好であるのでアクチュエータの変位効率を向上することができる。
【００２５】
本発明のその他の観点によれば、エピタキシャル膜が積層されたアクチュエータの製造方法であって、シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板上にマグネシアスピネルよりなる中間層をエピタキシャル成長により形成する中間層形成工程と、前記中間層上に白金族元素よりなる下部導電層をエピタキシャル成長により形成する下部導電層形成工程と、前記導電層上に単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層をエピタキシャル成長により形成する酸化物層形成工程と、前記酸化物層上に上部導電層を形成する上部導電層形成工程と、を含むアクチュエータの製造方法が実現される。
【００２６】
本発明によれば、単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層はエピタキシャル成長して形成されている。したがって、酸化物層は良好な結晶性を有するので、優れた圧電性、電歪性を示す。また、シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板が用いられているので、従来のＭｇＯの単結晶基板を用いた場合と比較して、大面積化かつ低コスト化が可能となる。
【００２７】
前記中間層形成工程と導電層形成工程との間に、熱処理により単結晶基板と中間層との間に非晶質層を形成する工程を更に備えても良い。この熱処理により、マグネシアスピネルの中間層からの酸素が単結晶基板に拡散して、単結晶基板の表面に熱酸化による非晶質層が形成される。したがって、非晶質層により単結晶基板とマグネシアスピネルとの結合が切り離される。その結果、マグネシアスピネルを構成する原子の自己再配列が生じて、マグネシアスピネルの中間層の結晶性を更に向上することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態のアクチュエータの断面図である。
【００３０】
図１を参照するに、本実施の形態のアクチュエータ１０は、単結晶基板１１上に、中間層１２、下部導電層１３、酸化物層１４、上部導電層１５が順次積層された構成となっている。アクチュエータ１０は下部導電層１３と上部導電層１５との間に電圧を印可することにより、酸化物層１４の圧電性、電歪性を利用して、例えば酸化物層１４の縦効果により縦方向に伸張する。
【００３１】
単結晶基板１１は、例えばシリコンまたはガリウム−砒素（ＧａＡｓ）の単結晶基板が用いられる。単結晶基板１１の厚さは約５００μｍ、主面を（００１）面としたものである。主面を（００１）にすることにより単結晶基板１１上にエピタキシャル成長させる各層の面方位を揃え、最終的に酸化物層１４の面方位を（００１）面とすることができる。なお、主面を（００１）面とし０°より４°の範囲で微傾斜した単結晶基板１１を用いても良い。単結晶基板１１表面の微少な凹凸に起因して中間層１２に結晶粒界が発生することがあるが、微傾斜した単結晶基板１１を用いることにより、中間層１２の膜面内の成長方向を揃えて結晶粒界の発生を抑制することができる。
【００３２】
中間層１２は、前記単結晶基板１１上にＣＶＤ法等によりエピタキシャル成長した厚さ１００ｎｍのマグネシアスピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）により構成される。具体的には、中間層１１は、厚さが８０ｎｍ〜６００ｎｍである。中間層１２であるマグネシアスピネル膜は、例えばシリコンの単結晶基板の（００１）面上には、（００１）面が成長する。単結晶基板１１の（００１）面上にマグネシアスピネル膜の（００１）面が形成され、単結晶基板１１の［１００］方向とマグネシアスピネル膜の［１００］方向が一致する。
【００３３】
下部導電層１３は、前記中間層１２上にＲＦスパッタ法等によりエピタキシャル成長した厚さ２００ｎｍの白金族の元素あるいは合金により構成される。白金族の元素は、例えばＲｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔである。このうち特にＩｒ又はＰｔが優れた結晶配向性が得られる点で好適である。
【００３４】
また、下部導電層１３は、マグネシアスピネルの（００１）面上に、白金族の元素又は合金の（００１）面が成長したものである。従来、シリコン単結晶基板にマグネシアスピネルのエピタキシャル膜を形成し、さらにＰＺＴ膜等を形成した例は報告されていたが、シリコン単結晶基板上にマグネシアスピネル膜及び白金族元素又は合金のエピタキシャル膜が順次積層された例は報告されていない。本実施の形態に係る単結晶基板１１／マグネシアスピネルの中間層１２／白金族元素又は合金膜の下部導電層１３からなる薄膜積層体１６は、この薄膜積層体１６上に後述する単純ペロブスカイト格子を有する結晶の酸化物層１４をエピタキシャル成長させることができ、白金族元素又は合金膜の下部導電層１３は導電性であるので電極として用いることにより、酸化物層の圧電性、電歪性、高誘電率を利用することができる点で極めて有用である。
【００３５】
酸化物層１４は、前記下部導電層上にエピタキシャル成長した単純ペロブスカイト格子を有する結晶により構成される。単純ペロブスカイト格子を有する結晶は、例えば、ペロブスカイト構造、ビスマス層状構造、タングステンブロンズ構造等が挙げられる。これらの結晶構造を有する結晶の多くは強誘電体であり、圧電性、電歪性、焦電性等を有する。また、半導性、電気伝導性を有する結晶もある。
【００３６】
酸化物層１４は、ペロブスカイト構造を有する、例えばＰｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）の一般式で示されるＰＺＴを用いることができる。また、Ｐｂ（Ｂ’１／３Ｂ”２／３）Ｏ３（Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：５価の金属）や、Ｐｂ（Ｂ’１／２Ｂ”１／２）Ｏ３（Ｂ’：３価の金属、Ｂ”：５価の金属）、Ｐｂ（Ｂ’１／２Ｂ”１／２）Ｏ３（Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：６価の金属）の一般式で示される結晶、更にＰＺＴに添加元素を加え、（Ｐｂ１−ｙＬａｙ）（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３（０≦ｘ、ｙ≦１）の一般式で示されるＰＬＺＴ、Ｐｂ（Ｂ’１／３Ｂ”２／３）ｘＴｉｙＺｒ１−ｘ−ｙＯ３（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：５価の金属）、Ｐｂ（Ｂ’１／２Ｂ”  １／２）ｘＴｉｙＺｒ１−ｘ−ｙＯ３（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’：３価の金属、Ｂ”：５価の金属）、又はＰｂ（Ｂ’１／２Ｂ”  １／２）ｘＴｉｙＺｒ１−ｘ−ｙＯ３（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：６価の金属）の一般式で示される結晶を用いることができる。ＰＺＴと比較してより高い圧電性、電歪性が得られる点で好適である。
【００３７】
上記Ｐｂ（Ｂ’１／３Ｂ”２／３）Ｏ３（Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：５価の金属）の一般式で示される結晶のうち更に好ましいものは、例えばＰｂＮｉ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３、ＰｂＣｏ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３、ＰｂＭｇ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３、ＰｂＺｎ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３、ＰｂＭｎ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３、ＰｂＮｉ１／３Ｔａ２／３Ｏ３、ＰｂＣｏ１／３Ｔａ２／３Ｏ３、ＰｂＭｇ１／３Ｔａ２／３Ｏ３、ＰｂＺｎ１／３Ｔａ２／３Ｏ３、ＰｂＭｎ１／３Ｔａ２／３Ｏ３が挙げられる。これらのうち特に好ましいものは、ＰｂＮｉ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３、ＰｂＣｏ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３、ＰｂＭｇ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３、ＰｂＺｎ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３が挙げられる。
【００３８】
また、上記Ｐｂ（Ｂ’１／２Ｂ”１／２）Ｏ３（Ｂ’：３価の金属、Ｂ”：５価の金属）の一般式で示される結晶のうち特に好ましいものは、例えばＰｂＦｅ１／２Ｎｂ１／２Ｏ３、ＰｂＳｃ１／２Ｎｂ１／２Ｏ３、ＰｂＳｃ１／２Ｔａ１／２Ｏ３が挙げられる。
【００３９】
さらにまた、上記Ｐｂ（Ｂ’１／２Ｂ”１／２）Ｏ３（Ｂ’：２価の金属、Ｂ”：６価の金属）の一般式で示される結晶のうち好ましいものは、例えばＰｂＭｇ１／２Ｗ１／２Ｏ３が挙げられる。なお、例えば、０．６５ＰｂＭｇ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３−０．３５ＰｂＴｉＯ３や０．５ＰｂＮｉ１／３Ｎｂ２／３Ｏ３−０．３５ＰｂＴｉＯ３−０．１５ＰｂＺｒＯ３などの多成分系結晶でもよい。
【００４０】
酸化物層１４は、ＣＶＤ法、ＣＳＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ゾル・ゲル法、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて形成することができるが、大面積の基板に適用可能な方法であれば限定されないが、ＣＳＤ法が比較的大面積の基板に容易に形成できる点で好適である。
【００４１】
上部導電層１５は、酸化物層１４上に、金属あるいは合金、あるいは導電性酸化物により構成される。上部導電層１５に好適な金属又は合金は酸化されにくい、例えば、白金族の元素、Ｔｉ、Ｒｕ等であり、また導電性酸化物は、例えばＩｒＯ２、ＲｕＯ２等である。上部導電層１５は酸化物層１４上にエピタキシャル成長させる必要はなく、スパッタ法、蒸着法などにより形成することができる。
【００４２】
なお、下部導電層１３と酸化物層１４との間、又は酸化物層１４と上部導電層１５との間、またはその両方に、半導性あるいは導電性を示すペロブスカイト格子を有する結晶構造の半導性酸化物層あるいは導電性酸化物層を形成してもよい。具体的には、例えば、半導性酸化物としては、ＮｂあるいはＬａをドープしたＳｒＴｉＯ３が好適である。ドープ量は例えば１原子％とする。また、導電性酸化物としては、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＬａＲｕＯ３、ＬａｘＳｒ１−ｘＣｏＯ３（０≦ｘ≦１）、ＬａｘＳｒ１−ｘＭｎＯ３（０≦ｘ≦１）が挙げられる。下部導電層１３と上部導電層１５との間に交流等の電圧を印可して、酸化物層１４の分極反転を繰り返すと、下部導電層１３及び上部導電層１５と酸化物層１４との界面の酸素欠損等の格子欠陥に起因して、酸化物層１４の自発分極が劣化することがある。下部導電層１３及び上部導電層１５と酸化物層１４との間に半導性あるいは電気導電性酸化物層を形成することにより自発分極の劣化を抑制し、酸化物層の優れた圧電性、電歪性の長寿命化を図ることが可能となる。
【００４３】
次に本実施の形態のアクチュエータの製造方法を説明する。図２は、本実施形態のアクチュエータの製造工程を示すフローチャートである。
【００４４】
図２を参照するに、先ず、単結晶基板１１を洗浄後、単結晶基板１１の自然酸化膜を希フッ酸により除去する。自然酸化膜を除去して、単結晶基板１１の結晶面を露出させる（Ｓ１０２）。
【００４５】
次にＣＶＤ法、ＭＢＥ法等により、自然酸化膜が除去された単結晶基板１１上にマグネシアスピネルの中間層１２をエピタキシャル成長させる（Ｓ１０４）。ＣＶＤ法は、大面積、例えば直径３００ｍｍ程度の単結晶基板１１にも均一に成膜可能な点で好適である。ＣＶＤ法による場合は、マグネシアスピネルの構成元素を、各々のソースチャンバ内で加熱して蒸発させ、キャリアガスにより成膜チャンバ内に送り、単結晶基板１１を７５０℃〜１０５０℃に加熱し、成膜速度５ｎｍ／分〜３０ｎｍ／分に設定して厚さ８０ｎｍ〜６００ｎｍ形成する。
【００４６】
次にマグネシアスピネルの中間層１２上に下部導電層１３をエピタキシャル成長させる（Ｓ１０６）。具体的には、基板を４００℃以上、好ましくは５００℃以上の温度に加熱・保持して、アルゴンガス雰囲気中でＲＦスパッタ法により白金族の金属を厚さ２０〜２０００ｎｍ堆積する（Ｓ１０６）。この際、アルゴンガス雰囲気に少量の酸素、例えばアルゴンガス３０ｓｃｃｍに対して酸素ガス１ｓｃｃｍ〜３ｓｃｃｍを加えることで、さらに結晶性の良好な下部導電層１３を形成することができる。中間層１２表面のマグネシアスピネルの酸素原子が成膜中に乖離するのを抑制し、マグネシアスピネル膜表面の結晶性が保持され、良好な結晶性が下部導電層１３に反映されるためである。
【００４７】
次に、下部導電層１３上に例えばＣＳＤ法により酸化物層１４を形成する（Ｓ１０８）。具体的には、Ｐｂ，Ｚｒ，Ｔｉ等の濃度が調製されたＰＺＴ薄膜形成剤を下部導電層１３上にスピンコートし、溶剤を揮発乾燥させる。必要に応じてスピンコートを数回繰り返して所望の厚さを得る。
【００４８】
次に酸化物層１４を結晶化させ、エピタキシャル成長させるための加熱処理を行う（Ｓ１１０）。具体的には、ＲＴＡ（短時間アニール）が可能なハロゲンランプアニール装置、ファーネス等により酸素雰囲気中で５００℃〜８００℃、５分〜１５分に設定して行う。
【００４９】
なお、ＰＬＤ法により酸化物層１３を形成してもよい（Ｓ１０８Ａ）。具体的には、真空チャンバ内の圧力を２６．６Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）としてＰＺＴ等よりなるターゲットと下部導電層１３まで形成した基板をセットし、レーザをターゲットに照射してターゲット材が霧化され、プルーム経由して下部導電層１３上に堆積される。レーザの出力、折り返し周波数等により堆積させる厚さを調節する。なお、大面積の基板に対して成膜する場合は、ターゲットや基板をプルーム相対的に移動させることによって、より均一な厚さの酸化物層を形成することができる。
【００５０】
次に、酸化物層１３上にスパッタ法などにより上部導電層１５を形成する（Ｓ１１２）。上部導電層１５はエピタキシャル成長させる必要はなく、白金族の元素等を材料として厚さ１５０ｎｍ程度形成する。なお、上部導電層１５は必要に応じてマスクを用いてスパッタすることにより所望の形状に形成しても良い。
【００５１】
なお、上部導電層１５を形成後に酸素雰囲気中で加熱処理してもよい（Ｓ１１４）。上部導電層１５を形成する際に、上部導電層１５を構成するスパッタ原子等により酸化物層１４表面が損傷を受けているため、加熱処理により、歪みを除去し残留応力等を緩和させ、酸化物層１４表面の結晶性を向上することができる。具体的には、ファーネス等で上部導電層１５まで形成された基板を、５ｓｃｃｍ程度の酸素を流しながら６００℃の温度で約１時間加熱する。以上により、図１に示すアクチュエータ１０が形成される。
【００５２】
図３は、本実施の形態のアクチュエータの要部である単結晶基板１１／中間層１２／下部導電層１３よりなる薄膜積層体１６のＸＲＤ法によるＸ線回折パターンを示す図である。薄膜積層体１６は、上述した本実施の形態において、単結晶基板１１にシリコン、中間層１２にマグネシアスピネル膜、下部導電層１３に白金膜を用いたものである。図３は、薄膜積層体１６を、Ｘ線ディフラクトメータを使用して、薄膜積層体１６の膜面に２θのなす角より入射し、θ方向の回折角に現れた強度を測定したものである（２θ−θ法）。
【００５３】
図３を参照するに、シリコンの（００４）面、マグネシアスピネル膜の（００４）面、及び白金膜の（００２）面の回折線が現れている。白金膜の回折線に注目すると、２θ＝４６°に（００２）面の回折線が現れている一方で、例えば（１１１）面（２θ＝３９°）及び（０１１）面（２θ＝６５°）は表れていない。このことから、白金膜は（００１）面を主面として、積層方向が完全に［００１］方向に配向していることがわかる。なお、マグネシアスピネル膜は（００４）面の回折線のみが現れている。したがって、シリコン単結晶基板の（００１）面上にマグネシアスピネル膜さらにその上に白金膜が一軸配向していることが分かる。
【００５４】
図４（Ａ）〜（Ｃ）は、図３の薄膜積層体１６のそれぞれの膜について、試料のみを回転させるφスキャンによるＸ線回折パターンを示す図である。図４（Ａ）は白金膜の（２０２）面、（Ｂ）はマグネシアスピネル膜の（４０４）面、（Ｃ）はシリコン単結晶基板の（４０４）面についてφスキャンを行ったものである。図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照するに白金膜、マグネシアスピネル膜、シリコン単結晶基板は同じ角度で４回対称軸を有することが分かる。すなわち、薄膜積層体１６は、シリコンの単結晶基板１１上にｃｕｂｅ−ｏｎ−ｃｕｂｅの様式でエピタキシャル成長していることが分かる。
【００５５】
図５（Ａ）は、図４の薄膜積層体１６の白金膜の（００２）面についてのロッキングカーブを示す図である。一方、図５（Ｂ）は本発明によらないＭｇＯ単結晶基板上にエピタキシャル成長された白金膜の（００２）面についてのロッキングカーブを示す図である。図５（Ａ）を参照するに、本実施の形態の白金膜の（００２）面の回折線のピークの半値幅は０．３９°になっている。図５（Ｂ）に示す本発明によらない白金膜の（００２）面の回折線のピークの半値幅０．４１と同等以上であるので、本実施の形態の下部導電層１３の白金膜は、結晶性が優れていることがわかる。
【００５６】
白金膜の結晶性は、白金膜上にエピタキシャル成長されるＰＺＴ等の酸化物層の結晶性を決定する上で重要であり、可能な限り結晶性が良好であることが好ましい。本実施の形態によれば、ＭｇＯ単結晶基板上にエピタキシャル成長された白金膜と同等であるので、結晶性の良好な酸化物層を形成することができる。
【００５７】
図６は、本実施の形態の酸化物層についてのφスキャンによるＸ線回折パターンを示す図である。この酸化物層はＣＳＤ法によりＰＬＺＴ薄膜形成剤（ＰＬＺＴ１１３／３／４５／５５、濃度１５質量％）を塗布、結晶化してＰＬＺＴ膜を形成したものである。ここでＰＬＺＴ１１３／３／４５／５５は、Ｐｂ、Ｌａ、Ｚｒ及びＴｉのモル濃度比がそれぞれ１１３：３：４５：５５であることを示す。また、φスキャンは、ＰＬＺＴ膜の（２２２）面について行ったものである。
【００５８】
図６を参照するに、酸化物層のＰＬＺＴ膜は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示した単結晶基板１１／中間層１２／下部導電層１３と同じ角度で４回対称軸を有することが分かる。すなわち、酸化物層１４は、下部導電層１３上にｃｕｂｅ−ｏｎ−ｃｕｂｅの様式で形成されていることが分かる。
【００５９】
本実施の形態によれば、上述したように、シリコンまたはＧａＡｓの単結晶基板１１上にマグネシアスピネル膜の中間層１２、下部導電層１３、酸化物層１４が順次エピタキシャル成長して形成され、酸化物層１４の下地層となる下部導電層１３が従来のＭｇＯの単結晶基板状にエピタキシャル成長された白金膜と同等の良好な結晶性を有している。したがって、導電性の下部導電層を有し、かつ結晶性の良好な圧電性、電歪性を示す酸化物層を形成し得る単結晶基板／中間層／下部導電層よりなる薄膜積層体を実現できる。
【００６０】
また、シリコンまたはＧａＡｓの単結晶基板１１上に形成された薄膜積層体１６上に酸化物層１４がエピタキシャル成長して形成されているので、結晶性の良好な圧電性、電歪性を有する酸化物層を備えた高性能、大面積化かつ低コスト化が可能なアクチュエータを実現できる。
【００６１】
［第１実施例］
以下、本実施の形態にかかる実施例のアクチュエータについて説明する。本実施例のアクチュエータは、シリコン単結晶基板上にマグネシアスピネル、下部導電層（電極）の白金膜、酸化物層としてのＰＺＴ膜、上部導電層を順に積層したものである。
【００６２】
先ず、（００１）面を主面とする２インチのシリコン単結晶基板を洗浄後、９質量％の希フッ酸に浸漬して、シリコン単結晶基板の表面の自然酸化膜（ＳｉＯｘ）を除去した。
【００６３】
次に、シリコン単結晶基板上にＣＶＤ法により厚さ１００ｎｍのマグネシアスピネルを形成する。具体的には、シリコン単結晶基板をＣＶＤの成膜チャンバ内に配置し、基板温度９００℃に保持した。Ｍｇ原料にはＭｇＣｌ２を用い、Ｍｇソースチャンバ内で５００℃に加熱して蒸発させ、キャリアガスに水素ガスを用いて成膜チャンバ送った。Ａｌ原料には金属Ａｌを用い、Ａｌソースチャンバ内で５５０℃に加熱して蒸発させ、塩化水素ガスと水素ガスをキャリアガスとして、ＡｌＣｌ３として成膜チャンバに送った。また、炭酸ガス及び水素ガスを導入し、前記ＭｇとＡｌＣｌ３と混合して成膜チャンバに導入した。成膜チャンバにおいてシリコン単結晶基板を９００℃に加熱して成膜速度２０ｎｍ／分でマグネシアスピネル膜を形成した。
【００６４】
次に、マグネシアスピネル膜上にスパッタ法により厚さ２００ｎｍの白金膜を形成した。具体的には、スパッタ装置内を１Ｐａ（７．５×１０−３Ｔｏｒｒ）の圧力にして、３０ｓｃｃｍのアルゴンガスと１ｓｃｃｍの酸素ガスを流しながら、基板を６００℃に加熱してエピタキシャル成長させた。
【００６５】
次に白金膜上にＣＳＤ法によりＰＺＴ膜を形成した。具体的には、市販のＰＺＴ薄膜形成剤（ＰＺＴ１１３／４５／５５、濃度１５質量％）を白金膜上に約０．３ｃｍ３滴下し、３０００ｒｐｍ２０秒間回転させた。ここでＰＺＴ１１３／４５／５５は、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴｉのモル濃度比がそれぞれ１１３：４５：５５であることを示す。次いで、ＰＺＴを塗布後の基板をホットプレート上で３５０℃１分間加熱して、ＰＺＴ薄膜形成剤の溶剤を揮発させ、次いで室温まで冷却した。このＰＺＴ膜を形成する工程を計４回行った。
【００６６】
次に、ハロゲンランプアニール装置によりＰＺＴ膜を結晶化させる。具体的には、ハロゲンランプアニール装置に基板を配置して、酸素ガスを５ｓｃｃｍ流しながら、６５０℃、１０分間加熱して、ＰＺＴ膜を結晶化させた。結晶化後のＰＺＴ膜の厚さを２００ｎｍに設定した。
【００６７】
次に、ＰＺＴ膜上にスパッタ法により厚さ１５０ｎｍの上部導電層を形成する。具体的には、ＰＺＴ膜上に上部導電層のパターンを配置して、スパッタ装置内の圧力を１Ｐａ（７．５×１０−３Ｔｏｒｒ）、アルゴンガス３０ｓｃｃｍを流して白金膜を形成した。
【００６８】
次に、スパッタ時のＰＺＴ膜の損傷を除去するため、ＰＺＴ膜のアニールを行った。具体的には電気炉で５ｓｃｃｍの酸素ガスを流しながら、６００℃１時間加熱した。以上により本実施例のアクチュエータが形成された。
【００６９】
［第２実施例］
本実施例のアクチュエータは、第１実施例の下部導電層の白金膜に替えてイリジウム膜を形成し、酸化物層にＰＬＺＴを用いた以外は、第１実施例と同様である。以下、第１実施例と同じ製造工程の説明を省略する。
【００７０】
本実施例のアクチュエータは、シリコン単結晶基板上にマグネシアスピネル、下部導電層のイリジウム膜、酸化物層としてのＰＬＺＴ膜、上部導電層を順に積層したものである。
【００７１】
イリジウム膜は、マグネシアスピネル膜上にスパッタ法により厚さ２００ｎｍで形成した。具体的には、スパッタ装置内を１Ｐａ（７．５×１０−３Ｔｏｒｒ）の圧力にして、３０ｓｃｃｍのアルゴンガスを流しながら、基板を６００℃に加熱してエピタキシャル成長させた。
【００７２】
ＰＬＺＴ膜は、イリジウム膜上にＣＳＤ法により形成した。具体的には、市販のＰＬＺＴ薄膜形成剤（ＰＬＺＴ１１３／３／４５／５５、濃度１５質量％）をイリジウム膜上に約０．３ｃｍ３滴下し、３０００ｒｐｍ２０秒間回転させた。次いで、ＰＬＺＴを塗布後の基板をホットプレート上で３５０℃１分間加熱して、ＰＬＺＴ薄膜形成剤の溶剤を揮発させ、次いで室温まで冷却した。このＰＬＺＴ膜を形成する工程を計４回行った。
【００７３】
次に、ハロゲンランプアニール装置によりＰＬＺＴ膜を結晶化させた。具体的には、ハロゲンランプアニール装置に基板を配置して、酸素ガスを５ｓｃｃｍ流しながら、６５０℃、１０分間加熱して、ＰＺＴ膜を結晶化させた。結晶化後のＰＬＺＴ膜の厚さを２００ｎｍに設定した。以下、第１実施例と同様にして、本実施例のアクチュエータを形成した。
【００７４】
（第２の実施の形態）
図７は本発明の実施の形態のアクチュエータの断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図７を参照するに、本実施の形態のアクチュエータ２０は、単結晶基板２１に、非晶質層２２、中間層１２、下部導電層１３、酸化物層１４、上部導電層１５が順次積層された構成となっている。本実施の形態は、単結晶基板２１と中間層１２との間に、単結晶基板２１の一部が熱酸化されて形成された非晶質層２２がさらに設けられている点以外は第１の実施の形態と同様である。
【００７６】
非晶質層２２は、図２のステップ１０５に示すように、単結晶基板２１上にマグネシアスピネルの中間層１２を形成した後に熱処理を行うことにより形成される。具体的には、単結晶基板２１がシリコンの場合は、大気圧下で酸素を５Ｌ／分流しながら、１０００℃〜１１００℃で３０分〜３時間の熱処理を行う。この熱処理により、マグネシアスピネルの中間層１２から酸素が単結晶基板２１に拡散して、単結晶基板２１の表面に熱酸化による非晶質層２２が形成される。非晶質層は、単結晶基板とマグネシアスピネルとの結合を切り離し、マグネシアスピネルの自己再配列により、さらに結晶性を向上することが可能となる。
【００７７】
以下、本実施の形態のアクチュエータ２０を構成する層は第１の実施の形態と同様に形成される。
【００７８】
本実施の形態によれば、マグネシアスピネル膜の結晶性をさらに向上することにより、マグネシアスピネル膜上に形成される下部導電層１３、酸化物層１４の結晶性をさらに高めて、優れた圧電性、電歪性を有する酸化物層を備えた、より高性能なアクチュエータを実現できる。
【００７９】
［第３実施例］
本実施例のアクチュエータは、第１実施例のシリコン単結晶基板と中間層との間に熱酸化層を設けた例である。熱酸化層を設けた点、酸化層をＰＬＤ法により形成した点以外は第１実施例と同様である。
【００８０】
本実施例のアクチュエータは、シリコン基板上に、熱酸化層、マグネシアスピネル膜、白金膜、ＰＺＴ膜、白金膜を順次積層した構成となっている。
【００８１】
熱酸化層は、シリコン基板上にマグネシアスピネルを形成後、ファーネスにより酸素雰囲気中で行う。具体的には、ファーネスに酸素を５ｓｃｃｍ流しながら１０５０℃で２時間加熱する。厚さ１５０ｎｍの熱酸化層を形成した。
【００８２】
次いで、ＰＺＴ膜はＰＬＤ法により形成した。具体的には、酸化鉛を３０ｍｏｌ％過剰に添加したＰＮＮ−ＰＴ−ＰＺ５０／３５／１５のターゲットを用い、チャンバ内を１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）、酸素ガスを６ｓｃｃｍ流しながら基板を６００℃に加熱し、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長２５４ｎｍ）のレーザ光をターゲットに１０Ｈｚの繰り返し周波数で照射し、厚さ１５０ｎｍのＰＺＴ膜を形成した。以下、第１実施例と同様にして、第３実施例のアクチュエータを形成した。
【００８３】
（第３の実施の形態）
図８は、本発明の実施の形態のアクチュエータの断面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００８４】
図８を参照するに、本実施の形態のアクチュエータ３０は、単結晶基板３１に、中間層１２、下部導電層１３、酸化物層１４、上部導電層１５が順次積層された構成となっており、さらに単結晶基板３１が凹部３１−１を有するダイヤフラム構造となっている。本実施の形態のアクチュエータ３０は、単結晶基板の裏面に凹部が設けられている点以外は第１の実施の形態のアクチュエータ１０と同様である。
【００８５】
単結晶基板３１のダイヤフラム構造は、上部導電層１５を形成後に設けられる。ダイヤフラム構造は、単結晶基板３１の厚さ５００μｍに対して、凹部３１−１の深さを４７０μｍ程度にして、薄くなった部分の厚さを３０μｍ程度にする。また、さらに下部導電層１３が露出されるまでエッチングしてもよい。単結晶基板３１の厚さを低減して可撓性を付与することによりアクチュエータ３０の変位効率を向上することができる。
【００８６】
ダイヤフラム構造は、シリコン基板裏面にレジストを形成して、フォトリソグラフィ法によりレジストをパターニングし、４５質量％の濃度のＫＯＨ溶液に浸漬してエッチングする。なお、上部導電層表面にはレジスト等の保護膜を形成し、エッチングされないようにする。
【００８７】
第１及び第２の実施の形態のアクチュエータは、圧電性、電歪性を示す酸化物層の一側が単結晶基板に固定されているため、酸化物層１４が変位するときに単結晶基板３１はその変位を妨げる方向に応力を発生させる。例えば、酸化物層の膜面内方向に圧縮変形する場合、単結晶基板３１は伸張する方向に応力を生じる。この応力は単結晶基板３１を薄膜化し可撓性を付与することで低減することができる。すなわち単結晶基板３１をダイヤフラム構造とすることで、アクチュエータの変位効率を向上することができる。
【００８８】
なお、本実施の形態では凹部３１−１を１つ設けた例について説明したが、深さを同等とする多数の微細な凹部を設けても良い。本実施の形態と同様に、酸化物層の下側の単結晶基板に可撓性を付与してアクチュエータの変位効率を向上することができる。
【００８９】
（第４の実施の形態）
図９（Ａ）は、本発明の実施の形態のアクチュエータの断面図、図９（Ｂ）は、（Ａ）に示すＸ−Ｘ矢視図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００９０】
図９（Ａ）及び（Ｂ）を参照するに、本実施の形態のアクチュエータ４０は、単結晶基板４１に、非晶質層４２、中間層１２、下部導電層１３、酸化物層１４、上部導電層１５が順次積層された構成となっており、さらに非晶質層４２に枠体状の開口部が設けられた構造となっている。本実施の形態は、単結晶基板４１に溝が設けられ、非晶質層４２に開口部が設けられている点以外は上記第２の実施の形態のアクチュエータと同様である。
【００９１】
単結晶基板４１には、非晶質層４２に開口部を設けるために、単結晶基板４１の裏面から非晶質層４２に達する溝４１−１が設けられている。この溝４１−１は、非晶質層４２に開口部４２−１を設けるためのエッチング剤を注入するために設けられている。
【００９２】
非晶質層４２は、エッチングにより非晶質層の中央付近から外方向に向かって化学的に研削され、非晶質層４２の縁辺付近のみが残された構造になっている。具体的には以下のようにしてかかる構造を形成する。
【００９３】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態のアクチュエータ４０の製造工程を示す図である。
【００９４】
図１０（Ａ）の工程では、先ず、第２の実施の形態のアクチュエータと同様に上部導電層１５までを形成後、単結晶基板４１の裏面にレジスト４３を形成して、フォトリソグラフィ法によりレジスト４３をパターニングし、中央部に開口部４３−１を形成する。なお、上部導電層１５表面にはレジスト等の保護膜４４を形成し、エッチングされないようにする。
【００９５】
次に、図１０（Ｂ）の工程では、８０℃のＫＯＨ飽和溶液に約３時間浸漬して単結晶基板４１を異方性エッチングし、非晶質層４２を露出させる。
【００９６】
次に、図１０（Ｃ）の工程では、１０質量％の希フッ酸に約５秒間浸漬して非晶質層４２をエッチングして、非晶質層４２に開口部を形成する。なお、エッチングする非晶質層４２の範囲は希フッ酸の濃度及び浸漬時間により設定することができる。さらにレジスト４３及び保護膜４４を除去して図９（Ａ）及び（Ｂ）に示す枠体状の構造が形成される。
【００９７】
本実施の形態のアクチュエータ４０は、酸化物層の一側を中間層１２及び下部導電層１３のみにして薄膜化を図り可撓性を高めるとともに、酸化物層１４が変位する際に撓む空間を設けることでアクチュエータ４０が変位可能な範囲を拡大して、アクチュエータ４０の変位効率をさらに向上することができる。
【００９８】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００９９】
また、上記実施の形態及び実施例では下部及び上部導電層に挟まれた圧電性または電歪性を示す酸化物層が１組のアクチュエータの例を示したが、このアクチュエータを接着積層しても良い。積層縦効果により、１組のアクチュエータの場合と同程度の印可電圧により、変位量を飛躍的に高めることができる。
【０１００】
また、上述した第１及び第２の実施の形態のアクチュエータと同様の構成により、電子装置、例えばキャパシタ素子及びＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＲＡＭ）に適用可能である。本発明による酸化物層は高誘電性を有しているため、下部及び上部導電層の面積を低減することが可能であり、小型化可能なキャパシタ素子を形成することができる。
【０１０１】
さらに、上述した第１及び第２の実施の形態のアクチュエータの構成において、上部導電層をパターニングしてクシ型の電極を形成することにより、表面弾性波デバイス、例えば表面弾性波フィルター（ＳＡＷフィルター）として用いることができる。本発明の酸化物層は優れた圧電性または電歪性を有しているので小型化可能でかつ低損失の表面弾性波フィルターを実現することができる。
【０１０２】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
（付記１）  シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板と、
前記単結晶基板上にエピタキシャル成長により形成されたマグネシアスピネルよりなる中間層と、
前記中間層上にエピタキシャル成長により形成された白金族元素よりなる導電層とよりなり、
単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層をエピタキシャル成長させる薄膜積層体。
（付記２）  前記単結晶基板と中間層との間に非晶質層がさらに形成されたことを特徴とする付記１記載の薄膜積層体。
（付記３）  前記導電層上にエピタキシャル成長により形成された単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層を更に設けたことを特徴とする付記１または２記載の薄膜積層体。
（付記４）  前記単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造が、ペロブスカイト構造、ビスマス層状構造、又はタングステンブロンズ構造のいずれかの構造であることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の薄膜積層体。
（付記５）  前記酸化物層が、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）、（Ｐｂ１−ｙＬａｙ）（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３（０≦ｘ、ｙ≦１）、Ｐｂ（Ｂ’１／３Ｂ”２／３）ｘＴｉｙＺｒ１−ｘ−ｙＯ３（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’は２価の金属、Ｂ”は５価の金属）、又はＰｂ（Ｂ’１／２Ｂ”  １／２）ｘＴｉｙＺｒ１−ｘ−ｙＯ３（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’は３価の金属及びＢ”は５価の金属、またはＢ’は２価の金属及びＢ”は６価の金属）であることを特徴とする付記１〜４のうち、いずれか一項記載の薄膜積層体。
（付記６）  付記３〜５のうち、いずれか一項記載の薄膜積層体を備えたことを特徴とする電子装置。
（付記７）  シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板と、
前記単結晶基板上にエピタキシャル成長により形成されたマグネシアスピネルよりなる中間層と、
前記中間層上にエピタキシャル成長により形成された白金族元素よりなる下部導電層と、
前記導電層上にエピタキシャル成長により形成された単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層と、
前記酸化物層上に形成された上部導電層とを有し、
前記酸化物層が圧電性または電歪性を示すことを特徴とするアクチュエータ。
（付記８）  前記単結晶基板と中間層との間に非晶質層がさらに形成されたことを特徴とする付記７記載のアクチュエータ。
（付記９）  前記非晶質層に開口部が設けられていることを特徴とする付記８記載のアクチュエータ。
（付記１０）  前記単結晶基板の裏面に凹部が設けられていることを特徴とする付記７〜９のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
（付記１１）  前記導電層が、ＰｔまたはＩｒを主成分とすることを特徴とする付記７〜１０のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
（付記１２）  前記下部導電層のロッキングカーブの半値幅が１°以下であることを特徴とする付記６〜１１のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
（付記１３）  前記単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造が、ペロブスカイト構造、ビスマス層状構造、又はタングステンブロンズ構造のいずれかの結晶構造であることを特徴とする付記７〜１２のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
（付記１４）  前記酸化物層が、Ｐｂ（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３（０≦ｘ≦１）、（Ｐｂ１−ｙＬａｙ）（Ｚｒ１−ｘＴｉｘ）Ｏ３（０≦ｘ、ｙ≦１）、Ｐｂ（Ｂ’１／３Ｂ”２／３）ｘＴｉｙＺｒ１−ｘ−ｙＯ３（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’は２価の金属、Ｂ”は５価の金属）、又はＰｂ（Ｂ’１／２Ｂ”  １／２）ｘＴｉｙＺｒ１−ｘ−ｙＯ３（０≦ｘ、ｙ≦１、Ｂ’は３価の金属及びＢ”は５価の金属、またはＢ’は２価の金属及びＢ”は６価の金属）であることを特徴とする付記７〜１３のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
（付記１５）  前記下部導電層と酸化物層との間、及び酸化物層と上部導電層との間のうち、少なくとも一方に導電性を有する導電性酸化物層を設けることを特徴とする付記７〜１４のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
（付記１６）  前記導電性酸化物が、ＳｒＲｕＯ３、ＣａＲｕＯ３、ＬａＲｕＯ３、ＬａｘＳｒ１−ｘＭｎＯ３（０≦ｘ≦１）、ＬａｘＳｒ１−ｘＭｎＯ３（０≦ｘ≦１）群のうち、いずれか１つを主成分とすることを特徴とする付記１５の記載のアクチュエータ。
（付記１７）  前記下部導電層と酸化物層との間、及び酸化物層と上部導電層との間のうち、少なくとも一方に半導性を有する半導性酸化物層を設けることを特徴とする付記７〜１４のうち、いずれか一項記載のアクチュエータ。
（付記１８）  前記半導性酸化物が、Ｎｂ及びＬａのうち少なくとも１つがドープされたＳｒＴｉＯ３を主成分とすることを特徴とする付記１７記載のアクチュエータ。
（付記１９）  エピタキシャル膜が積層されたアクチュエータの製造方法であって、
シリコン又はガリウム−砒素よりなる単結晶基板上にマグネシアスピネルよりなる中間層をエピタキシャル成長により形成する中間層形成工程と、
前記中間層上に白金族元素よりなる下部導電層をエピタキシャル成長により形成する下部導電層形成工程と、
前記導電層上に単純ペロブスカイト格子を有する結晶構造の酸化物層をエピタキシャル成長により形成する酸化物層形成工程と、
前記酸化物層上に上部導電層を形成する上部導電層形成工程と、
を含むアクチュエータの製造方法。
（付記２０）  前記中間層形成工程と導電層形成工程と間に、熱処理により単結晶基板と中間層との間に非晶質層を形成する工程を更に備えることを特徴とする付記１９記載のアクチュエータの製造方法。
（付記２１）  前記上部導電層形成工程後に、前記単結晶基板の裏面より前記非晶質層を露出させる溝を形成し、前記溝を介して非晶質層の一部を化学的にエッチングする工程を更に備えることを特徴とする付記２０記載のアクチュエータの製造方法。
（付記２２）  前記上部導電層形成工程後に、前記単結晶基板の裏面に凹部を形成する工程を更に備えることを特徴とする付記１９〜２１のうち、いずれか一項記載のアクチュエータの製造方法。
【０１０３】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、シリコンまたはガリウム−砒素の単結晶基板に中間層を介してエピタキシャル成長により導電層を形成したので、導電層を有しかつ結晶性の良好な圧電性、電歪性を示す酸化物層を形成し得る薄膜積層体を実現できる。
【０１０４】
また、シリコンまたはガリウム−砒素の単結晶基板に積層した中間層、下部導電層及び酸化物層をエピタキシャル成長に形成したことにより、結晶性の良好な圧電性、電歪性を有する酸化物層を有する高性能かつ安価なアクチュエータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のアクチュエータの断面図である。
【図２】第１の実施の形態のアクチュエータの製造工程を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態の要部であるシリコン単結晶基板／マグネシアスピネル／白金膜の薄膜積層体のＸ線回折パターンを示す図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は薄膜積層体の各々の膜についてのφスキャンによるＸ線回折パターンを示す図である。
【図５】（Ａ）は図４の薄膜積層体の白金膜の（００２）面についてのロッキングカーブを示す図、（Ｂ）は本発明によらないＭｇＯ単結晶基板上にエピタキシャル成長された白金膜の（００２）面についてのロッキングカーブを示す図である。
【図６】第１の実施の形態に係るＰＬＺＴ膜のφスキャンによるＸ線回折パターンを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態のアクチュエータの断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態のアクチュエータの断面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の第４の実施の形態のアクチュエータの断面図、（Ｂ）は（Ａ）に示すＸ−Ｘ矢視図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は第４の実施の形態のアクチュエータの製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０      アクチュエータ
１１，２１，３１，４１      単結晶基板
１２      中間層
１３      下部導電層
１４      酸化物層
１５      上部導電層
１６      単結晶基板／中間層１２／下部導電層１３からなる薄膜積層体
２２，４２      非晶質層
３１−１      単結晶基板の凹部
【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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