壓電體薄膜元件、其制造方法、以及使用了該壓電體薄膜元件的電子設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種壓電體薄膜元件，特別涉及具備不含鉛的鈮酸堿系壓電體的薄膜 元件及其制造方法。此外，本發明還涉及使用了該壓電體薄膜元件的電子設備。
【背景技術】
[0002] 壓電元件是利用壓電體的壓電效果的元件，其被廣泛用作如下功能性電子部件： 對于向壓電體的電壓施加產生變化、振動的驅動器（actuator);對于向壓電體的應力變形 產生電壓的應力傳感器等。迄今為止，一直廣泛使用具有大的壓電特性的鋯鈦酸鉛系的鈣 鈦礦型強電介質（組成式：Pb(ZivJix)O3,PZT)作為在驅動器、應力傳感器中利用的壓電 體。
[0003] PZT是含有鉛的特定有害物質，然而，由于作為壓電材料，目前不存在能夠替代其 的合適的市售產品，因此成為RoHS指令（關于在電子電氣設備中包含的特定有害物質限制 使用的歐洲議會及理事會指令）的適用免除對象。然而，世界性的地球環保要求逐漸增強， 正強烈期望開發使用不含有鉛的壓電體（非鉛系壓電材料）的壓電元件。此外，隨著近年來 對各種電子器件的小型化、輕量化的要求，利用了薄膜技術的壓電體薄膜元件的需求提高。
[0004] 作為使用了非鉛系壓電材料的壓電體薄膜元件，例如，專利文獻1中公開了具有 如下特征的壓電薄膜元件：其是在基板上具有下部電極、壓電薄膜及上部電極的壓電薄膜 元件，上述壓電薄膜是由以組成式（NaxKyLiz)NbO3(0 <X< 1、0 <y< 1、0 <z<l、x+y+z =1)表述的堿性鈮氧化物系的鈣鈦礦化合物構成的電介質薄膜，在該壓電薄膜與上述下 部電極之間，設置了具有鈣鈦礦型晶體結構且在（001)、（100)、（010)以及（111)的任一面 方向上以高取向度取向容易的材料的薄膜作為緩沖層。根據專利文獻1，則能夠以使用了無 鉛鈮酸鋰鉀鈉薄膜的壓電薄膜元件得到充分的壓電特性。
[0005] 壓電元件是將2個電極夾持壓電體的結構作為基本結構，可以根據用途精細加工 成梁狀、音叉狀的形狀而制作的。因此，在將使用非鉛系壓電材料的壓電元件實用化時，精 細加工工藝是非常重要的技術之一。
[0006] 例如，專利文獻2中公開了具有如下特征的壓電體薄膜晶片的制造方法：其 實施下述工序：第一加工工序，在基板上具備有壓電體薄膜（組成式為（KhNax)NbO3, 0. 4彡X彡0. 7)的壓電體薄膜晶片上，用含有Ar的氣體進行離子蝕刻；第二加工工序，接著 上述第一加工工序，用混合有氟系反應性氣體與Ar的混合蝕刻氣體進行反應性離子蝕刻。 根據專利文獻2,則能夠以高精度精細加工壓電體薄膜，此外，能夠得到可靠性高的壓電體 薄膜元件和便宜的壓電體薄膜設備。
[0007] 此外，非專利文獻1中報告了關于由氯氣/氬氣的混合氣體中的感應耦合等離子 體引起（Naa5Ka5)NbO3W蝕刻性的研究。根據非專利文獻1，則（Naa5Ka5)NbO3W蝕刻速度對 感應耦合等離子體的投入電力和負的直流偏壓呈單調增加，以便從等離子體的各種參數的 變化能夠預測其速度。另一方面，對于氯氣/氬氣的混合比不呈單調的表現，以"氯氣/氬 氣=80/20"，能夠得到最大為75nm/min的蝕刻速度。此外，這樣的蝕刻速度被認為是在離 子輔助化學反應中化學途徑與物理途徑同時作用的結果。
[0008] 現有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本特開2007-19302號公報
[0011] 專利文獻2 :日本特開2012-33693號公報
[0012] 非專利文獻
[0013] 非專利文獻I :Chan Min Kang, Gwan-ha Kim, Kyoung-tae Kim和Chang-il Kim:"電感f禹合Cl2/Ar等離子體中（Naa5Ka5)NbO3薄膜的蝕刻特性（^Etching Characteristics of (Na0 5K〇5)NbO3Thin Films in an Inductively Coupled Cl2/Ar Plasma)，'Ferroelectrics 357, 179-184(2007)。
【發明內容】
[0014] 發明所要解決的課題
[0015] 如上所述，作為非鉛系壓電體，鈮酸堿系壓電體（例如，鈮酸鈉鉀鋰，（NaxKyLiz) NbO3)是極有希望的材料之一。為了將使用鈮酸堿系壓電體的薄膜元件進行實用化、量產 化，以成為PZT薄膜元件的替代品，以高尺寸精度、低成本確立切實的精細加工工藝是非常 重要的。
[0016] 然而，由于鈮酸堿系壓電體是比較新的材料群，因此對于精細加工工藝，在目前還 處于反復試驗的階段。例如，就專利文獻2中記載的干式蝕刻技術而言，如果為了使生產性 提高而提高蝕刻速度，則有時會因某種因素使應當留下的壓電體薄膜損傷，從而使壓電體 特性劣化，反之，則有時會使制造成品率降低。
[0017] 此外，非專利文獻1研究、報告了通過該干式蝕刻法，使（Naa5Ka5)NbO3薄膜如何被 蝕刻的機理，對與薄膜的壓電體特性的關系沒有任何記載。
[0018] 在壓電體薄膜元件中，由于形成元件功能基礎的壓電體的絕對體積小而相對地表 面積大，因此存在只要因精細加工使壓電體薄膜的表面的一部分損傷，就會對整個壓電體 特性產生大的影響這樣的缺點。另一方面，如上所述，由于鈮酸堿系壓電體是比較新的材料 群，因此關于精細加工工藝的認識少，且由于還不了解特性劣化的因素，因此還未找出有效 的解決方法。
[0019] 因此，本發明的目的是，旨在提供能夠以不使壓電體特性劣化的方式精細加工出 使用不含鉛的鈮酸堿系壓電體的薄膜元件的制造方法。此外，提供通過該制造方法制造的 壓電體薄膜元件以及使用了該壓電體薄膜元件的電子設備。
[0020] 用于解決課題的方法
[0021] (I)在本發明的一方式中，提供一種鈮酸堿系壓電體薄膜元件，其特征在于，具備 基板、在上述基板上形成的下部電極膜、在上述下部電極膜上形成的壓電體薄膜、在上述壓 電體薄膜上形成的上部電極膜，
[0022] 上述壓電體薄膜由鈮酸堿系壓電體構成，該鈮酸堿系壓電體的組成式為 (NaxKyLiz)NbO3,0 l、0<y<l、0<z<0. 2、x+y+z= 1,
[0023] 在上述壓電體薄膜加工有作為元件的精細圖案，并且包含金屬元素,該金屬元素 在上述壓電體薄膜的上述上部電極膜側的濃度比上述下部電極膜側的濃度高，
[0024] 以上述壓電體薄膜的厚度的一半的位置為中心，在上述厚度的±15%的區域內， 上述金屬元素的平均濃度為5X1017at〇mS/cm3以下。
[0025] 此外，在本發明中，可以對上述本發明的鈮酸堿系壓電體薄膜元件施加如下改進、 變化。
[0026] ⑴以上述壓電體薄膜的厚度的一半的位置為中心，在上述厚度的±15%的區域 內，上述金屬元素的平均濃度為lX1017atoms/cm3以上。
[0027] (ii)上述金屬元素是鉻、金或鉬。
[0028] (II)在本發明的另一方式中，提供一種電子設備，其特征在于，上述電子設備使用 了上述本發明的鈮酸堿系壓電體薄膜元件。
[0029] (III)在本發明的另一形式中，提供一種鈮酸堿系壓電體薄膜元件的制造方法，其 特征在于，是上述本發明的鈮酸堿系壓電體薄膜元件的制造方法，具有如下工序：
[0030] 在基板上形成下部電極膜的下部電極膜形成工序；
[0031] 在上述下部電極膜上形成由鈮酸堿系壓電體（組成式為（NaxKyLiz)NbO3, 0彡X彡1、0彡y彡1、0彡z彡0? 2、x+y+z= 1)構成的壓電體薄膜的壓電體薄膜形成工 序；
[0032] 在上述壓電體薄膜上以成為期望的圖案的方式形成蝕刻掩模的蝕刻掩模圖案形 成工序；
[0033] 通過對上述壓電體薄膜進行干式蝕刻，在該壓電體薄膜上進行期望圖案的精細加 工的壓電體薄膜蝕刻工序；和
[0034] 在以期望圖案精細加工了的上述壓電體薄膜上形成上部電極膜的上部電極膜形 成工序，
[0035] 在上述蝕刻掩模中，氧化物層與金屬層形成層疊結構，并且只有上述氧化物層與 上述壓電體薄膜接觸，
[0036] 上述氧化物層的厚