JP2008227211A

JP2008227211A - 圧電装置の製造方法及び圧電装置

Info

Publication number: JP2008227211A
Application number: JP2007064530A
Authority: JP
Inventors: Teruo Takizawa; 照夫瀧澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】微細化を図りやすくすることができる圧電装置の製造方法及び圧電装置を提供する。
【解決手段】基板３の一の面に形成された第１電極５と、圧電体材料で構成され、第１電極５に重ねられたＰＺＴ等の圧電体膜７と、圧電体膜７を挟んで第１電極５に対向する第２電極１１と、を有する圧電装置１の製造方法であって、第１電極５が形成された基板３の一の面に第１絶縁膜を形成し、第１電極５の少なくとも一部を露呈させるように第１絶縁膜を除去する工程と、第１絶縁膜が除去された領域内に圧電体材料を充填し、領域内に圧電体膜７を形成する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電装置の製造方法及び圧電装置に関する。

従来、圧電装置の１つに、走査型顕微鏡のプローブとして、圧電体である酸化亜鉛の薄膜を２つの電極で挟んだ層構造を、シリコンウエハから片持梁状に延びる薄膜弾性体に装着した構成を有するカンチレバーが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−３２３８４５号公報（６欄３４〜５０行、図１）

このようなカンチレバーでは、例えば、次に述べるような製造方法を採用することができる。
まず、図１０（ａ）に示すように、片持ち梁状に延びる薄膜弾性体１０１が形成されたシリコンウエハ１０３に、スパッタリング技術などで金属膜１０５を成膜する。
次いで、金属膜１０５を、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術でパターニングして、図１０（ｂ）に示すように、電極１０７を形成する。

次いで、図１０（ｃ）に示すように、圧電体で構成される膜１０９を、スパッタリング技術で成膜する。
次いで、図１０（ｄ）に示すように、スパッタリング技術などで金属膜１１１を成膜する。
次いで、図１０（ｅ）に示すように、レジストパターン膜１１３をフォトリソグラフィ技術で形成する。
次いで、図１０（ｆ）に示すように、エッチング技術で電極１１５、及び圧電体膜１１７をパターニングする。

このような製造方法でカンチレバーを製造することができる。しかしながら、このような製造方法では、圧電体材料が酸化亜鉛などの金属の複合酸化物や、金属の複合窒化物等で構成される場合には、エッチングによる圧電体膜１１７のパターニングにおいて、圧電体膜１１７の側面１１９が、図１０（ｆ）に示すように、テーパ状になりやすい。例えば圧電体材料がチタン酸ジルコン酸鉛のような材料の場合、テーパ角は３０〜６０°程度ついてしまい、膜厚にも依るが数ミクロンのエリアペナルティ（容量として使えない領域）を作り出してしまう。更に、このようなテーパ状になっている部位では、じゅうぶんな圧電効果が得られない。

従って、所望の圧電効果を得るには、テーパ状の領域を加味した大きさに寸法を設定する必要がある。このことは、カンチレバーを含む圧電装置の微細化を妨げる要因の１つとなる。つまり、このような製造方法では、圧電装置の微細化を図ることが困難であるという未解決の課題がある。

本発明は、この未解決の課題に着目してなされたものであり、微細化を図りやすくすることができる圧電装置の製造方法及び圧電装置を提供することを目的とする。

本発明の圧電装置の製造方法は、基板の一の面に形成された第１電極と、圧電体材料で構成され、前記第１電極に重ねられた圧電体膜と、前記圧電体膜を挟んで前記第１電極に対向する第２電極と、を有する圧電装置の製造方法であって、前記第１電極が形成された前記基板の前記一の面に第１絶縁膜を形成し、前記第１電極の少なくとも一部を露呈させるように前記第１絶縁膜を除去する工程と、前記第１絶縁膜が除去された領域内に前記圧電体材料を充填し、前記領域内に前記圧電体膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

この製造方法では、第１電極が形成された基板の一の面に第１絶縁膜を形成してから、第１絶縁膜を第１電極の少なくとも一部が露呈するように除去し、第１絶縁膜が除去された領域内に圧電体材料を充填し、この領域内に圧電体膜を形成する。この製造方法によれば、第１絶縁膜が除去された領域内の側壁によって、圧電体膜の側面の形状が規制されるので、圧電体膜の側面の形状を制御しやすくすることができる。従って、圧電体膜の側面の形状がテーパ状になることを低く抑えやすくすることができ、圧電装置の微細化を図りやすくすることができる。

上記の圧電装置の製造方法において、前記圧電体膜を形成する工程は、前記第１絶縁膜が除去された前記領域内に前記圧電体材料を充填したあと、前記圧電体材料のうち前記領域外の余剰部分を除去することを含んでいてもよい。

この製造方法では、第１絶縁膜が除去された領域内に圧電体材料を充填したあと、圧電体材料のうちで、第１絶縁膜が除去された領域外の余剰部分を除去するので、圧電体膜を平坦に形成しやすくすることができる。

上記の圧電装置の製造方法において、前記圧電体膜を形成する工程は、前記第１絶縁膜が除去された領域内に前記圧電体材料を充填したあと、前記圧電体材料において前記第１電極からの高さが前記第１絶縁膜における前記第１電極からの高さを超える余剰部分を除去することを含んでいてもよい。

上記の圧電装置の製造方法において、前記圧電体膜を形成する工程では、前記圧電体材料の前記余剰部分をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により除去してもよい。

上記の圧電装置の製造方法において、前記圧電体材料が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸鉛、窒化アルミニウム及び酸化亜鉛のうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。

この製造方法では、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸鉛、窒化アルミニウム及び酸化亜鉛のうちの少なくとも１つを含む圧電体で圧電体膜を形成することができる。

上記の圧電装置の製造方法において、前記第１絶縁膜を除去する工程の前に、前記第１電極上に第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜の一部を除去し、前記第１電極の前記少なくとも一部を露呈させる工程と、を含み、前記第１絶縁膜が前記第２絶縁膜の除去された部分を覆って形成されるものであってもよい。

上記の圧電装置の製造方法において、前記第１絶縁膜を除去する工程の前に、前記第１電極上に第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜の一部を除去し、前記第１電極の前記少なくとも一部を露呈させる工程と、を含み、前記第１絶縁膜が前記第２絶縁膜の除去された部分を覆って形成されるものであり、前記第２絶縁膜がシリコン酸化物を含み、前記第１絶縁膜がシリコン窒化物を含んでいてもよい。

上記の圧電装置の製造方法において、前記圧電体膜を形成する工程の後、前記圧電体膜上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜を前記第１絶縁膜の一部を覆う形状にパターニングし、前記第２電極を形成する工程と、前記第２電極をマスクとして用い、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去する工程と、を含み、前記第２電極の周縁部と前記第１電極の間に前記第１絶縁膜が位置するようにしてもよい。

この製造方法では、第１絶縁膜を除去する工程の前に、第１電極上に第２絶縁膜を形成する工程と、第２絶縁膜の一部を除去し、第１電極の少なくとも一部を露呈させる工程と、が含まれる。また、第１絶縁膜は、第２絶縁膜の除去された部分を覆って形成される。そして、第１絶縁膜が除去された領域内に、圧電体膜が形成される。第２電極は、圧電体膜と、第１絶縁膜の一部とを覆って形成される。そして、第２電極をマスクとして、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を除去することにより、第２電極と第１電極との間に、第１絶縁膜を残存させることができる。

上記の圧電装置の製造方法において、前記第２電極をマスクとして用い、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去する工程において、前記圧電体膜が除去されない、ことを特徴とする。

本発明の圧電装置は、基板の一の面に形成された第１電極と、圧電体材料で構成され、前記第１電極に重ねられた圧電体膜と、前記圧電体膜を挟んで前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に挟まれ、前記圧電体膜の側面を覆う被覆膜と、を有することを特徴とする。

この圧電装置では、圧電体膜を挟む第１電極と第２電極との間に、圧電体膜の側面を覆う被覆膜を有しているので、圧電体膜を被覆膜で保護することができる。

上記の圧電装置において、前記圧電体膜の側面を覆う被覆膜が、窒化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜を含んでいてもよい。

本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
本実施形態における圧電装置１は、平面図である図１（ａ）、及び図１（ａ）中のＡ−Ａ線での断面図である図１（ｂ）に示すように、基板３と、第１電極５と、配線部６と、圧電体膜７と、保護膜９と、第２電極１１とを備えている。
なお、図１（ａ）では、構成をわかりやすく示すため、配線部６にハッチングを施して図示した。

ここで、上記の各構成について説明する。
基板３は、図１（ｂ）に示すように、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板２１上に、シリコン酸化膜２３を形成した構成を有している。ＳＯＩ基板２１は、シリコン層２５と、シリコン層２７との間に、シリコン酸化物層２９が介在した構成を有している。シリコン酸化膜２３は、シリコン層２７上に形成されている。シリコン層２７は、シリコン酸化膜２３とシリコン酸化物層２９とによって挟まれている。

基板３は、ベース部３１と、腕部３３とを有している。腕部３３は、シリコン層２７がベース部３１から、図１（ｂ）で見て左方に向かって延びた構成を有している。つまり腕部３３は、シリコン層２７がベース部３１から突出した部位である。この腕部３３は、ベース部３１からベース部３１の外側に向かって延びた所謂片持梁を構成している。
シリコン酸化膜２３は、シリコン層２７上でベース部３１から腕部３３にわたって形成されている。

第１電極５及び配線部６は、シリコン酸化膜２３上に形成されている。第１電極５は、シリコン酸化膜２３を挟んで腕部３３に対向している。配線部６は、第１電極５につながっており、第１電極５からベース部３１にわたって形成されている。

これらの第１電極５と配線部６とは、配線部６が第１電極５に連接しているので、一連した１つの構成であるとみなされ得る。しかしながら、本実施形態では、説明の便宜上、第１電極５と配線部６とは、明確に区別されている。この理由により、図１（ｂ）では、第１電極５及び配線部６のそれぞれに、互いに種類が異なるハッチングを施して図示した。

圧電体膜７は、第１電極５上に形成されており、側面が保護膜９によって覆われている。圧電体膜７の材料としては、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸鉛、窒化アルミニウム及び酸化亜鉛のうちの少なくとも１つを含む材料が採用され得る。本実施形態では、圧電体膜７の材料として、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴと呼ぶ）が採用されている。

第２電極１１は、圧電体膜７上に形成されており、圧電体膜７を挟んで第１電極５に対向している。なお、本実施形態では、第１電極５、配線部６及び第２電極１１の材料として、プラチナが採用されている。

保護膜９は、第１電極５と第２電極１１とによって挟まれており、圧電体膜７の側面を覆う被覆膜を構成している。この保護膜９は、第１電極５と第２電極１１との間で圧電体膜７を、圧電体膜７の側面の外側から保護している。保護膜９としては、絶縁性や耐性が高い材料が好ましく、本実施形態では、シリコン窒化物が採用されている。

圧電体膜７と保護膜９とは、保護膜９が圧電体膜７の側面を囲んだ状態で、第１電極５と第２電極１１とによって挟まれている。そして、これらの第１電極５、圧電体膜７及び第２電極１１は、平面視で、腕部３３に重なっている。なお、上述した配線部６は、圧電体膜７の側面を囲む保護膜９よりも外側に位置している。

上記の構成を有する圧電装置１は、第１電極５と第２電極１１との間に電位差が生じると、これら第１電極５及び第２電極１１の間に電界が発生し、この電界を受けて圧電体膜７が変形する。また、圧電装置１は、圧電体膜７が外力を受けて変形すると、第１電極５及び第２電極１１の間に電界が発生する。この電界により、第１電極５及び第２電極１１のそれぞれには、互いに極性が異なる電荷が蓄積される。各第１電極５及び第２電極１１に蓄積された電荷を、電気信号として取り出すことができる。

この圧電装置１は、電気的エネルギを機械的エネルギに変換する機械式スイッチや、機械的エネルギを電気的エネルギに変換する振動子などに利用され得る。圧電装置１を機械式スイッチとして利用する場合、第１電極５と第２電極１１との間に電気信号を印加することで、圧電体膜７が電気信号に応じて変形する。圧電体膜７の変形によって発生する力が、スイッチの駆動力として利用される。このとき、第１電極５、圧電体膜７及び第２電極１１は、電気的エネルギを機械的エネルギに変換するアクチュエータとして機能する。

また、圧電装置１を振動子として利用する場合、例えば、図２に示す発振回路４１を構成することが考えられる。この発振回路４１は、振動子としての圧電装置１と、抵抗４３と、反転増幅器４５と、キャパシタ４７ａ及び４７ｂとを備えている。この発振回路４１では、圧電装置１と、キャパシタ４７ａ及び４７ｂとが帰還回路４９を構成している。

発振回路４１では、反転増幅器４５からの出力信号Ａｏの一部が、帰還回路４９の入力側に入力信号Ｒｉとして入力される。帰還回路４９の出力側からは、入力信号Ｒｉに対して電気角で１８０度だけ位相がずれた出力信号Ｒｏが出力される。この出力信号Ｒｏは、反転増幅器４５の入力側に入力信号Ａｉの一部として入力される。

なお、反転増幅器４５の出力信号Ａｏは、入力信号Ａｉに対して電気角で１８０度だけ位相がずれている。そして、出力信号Ａｏの一部は、帰還回路４９を介して出力信号Ａｏに対して電気角で１８０度だけ位相がずれた出力信号Ｒｏとして反転増幅器４５に帰還する。つまり、反転増幅器４５からの出力信号Ａｏの一部は、入力信号Ａｉに対して電気角で３６０度だけ位相がずれた出力信号Ｒｏとして、反転増幅器４５に正帰還される。

発振回路４１の動作の中で、圧電装置１は、所定周波数の電気信号に共振して機械的に振動する。そして、圧電装置１が共振している状態で、圧電装置１の共振周波数に応じた電気信号が帰還回路４９から出力信号Ｒｏとして出力される。このとき、第１電極５、圧電体膜７及び第２電極１１は、機械的な振動という機械的エネルギを、振動周波数に応じた電気信号という電気的エネルギに変換する振動子として機能する。

なお、圧電装置１を振動子として利用する場合、腕部３３の寸法は、下記の式（１）に基づいて決定され得る。

この式（１）において、ｆは、腕部３３の固有振動周波数（Ｈｚ）であり、Ｗは、腕部３３の厚み（ｍｍ）であり、Ｌは、腕部３３の長さ（ｍｍ）であり、νは、腕部３３のヤング率であり、ρは、腕部３３の密度（ｇ／ｍｍ³）である。

つまり、腕部３３の厚みＷ及び長さＬは、所望する共振周波数ｆに応じて適宜決定され得る。

上述したアクチュエータや振動子のように、電気と機械との間でエネルギを変換する素子は、トランスデューサと呼ばれている。また、このようなトランスデューサを備えた半導体装置は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイスとも呼ばれている。本実施形態の圧電装置１は、このＭＥＭＳデバイスの１つである。

ここで、圧電装置１の製造方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すＳＯＩ基板２１を準備する。次いで、ＳＯＩ基板２１のシリコン層２７に熱酸化を施して、図３（ｂ）に示すように、シリコン層２７にシリコン酸化膜２３を形成する。

次いで、スパッタリング技術を活用して、図３（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜２３上にプラチナで構成される導電膜６１を形成する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を活用して、導電膜６１をパターニングして、図４（ａ）に示すように、第１電極５及び配線部６を形成する。

次いで、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）技術を活用して、図４（ｂ）に示すように、第１電極５及び配線部６をシリコン酸化物６３で覆う。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を活用して、シリコン酸化物６３をパターニングして、図４（ｃ）に示すように、シリコン酸化物６３に開口部６５を形成する。このとき、開口部６５が形成されたシリコン酸化物６３によって、枠状の第１の土手６７が構成される。

ここで、第１の土手６７は、図５に示すように、第１電極５の輪郭６８よりも外側から、第１電極５を囲むように形成される。これにより、第１の土手６７の枠の内側、すなわち第１の土手６７によって囲まれる領域から、第１電極５が露呈する。なお、図５では、第１の土手６７によって囲まれる領域、すなわち開口部６５の内側の領域にハッチングを施して図示した。本実施形態では、第１の土手６７によって囲まれる領域を第１領域６９と呼ぶ。開口部６５は、第１領域６９の輪郭を構成している。そして、第１領域６９の輪郭は、第１電極５の輪郭６８を囲んでいる。

次いで、ＣＶＤ技術を活用して、図６（ａ）に示すように、第１領域６９内にシリコン窒化物７１を埋め込む。このとき、第１領域６９からはみ出したシリコン窒化物７１の一部が第１の土手６７を覆うように、シリコン窒化物７１を埋め込む。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を活用して、シリコン窒化物７１をパターニングして、図６（ｂ）に示すように、シリコン窒化物７１に開口部７３を形成する。このとき、開口部７３が形成されたシリコン窒化物７１によって、枠状の第２の土手７５が構成される。この第２の土手７５は、第１の土手６７よりも高く形成される。
このとき、第２の土手７５の面である開口部７３は第１電極５の法線と平行であることが好ましい。

ここで、第２の土手７５は、図７に示すように、第１電極５の輪郭６８よりも内側に、開口部７３が形成される。これにより、第２の土手７５の枠の内側、すなわち第２の土手７５によって囲まれる領域から、第１電極５の一部が露呈する。なお、図７では、第２の土手７５によって囲まれる領域、すなわち開口部７３の内側の領域にハッチングを施して図示した。本実施形態では、第２の土手７５によって囲まれる領域を第２領域７９と呼ぶ。開口部７３は、第２領域７９の輪郭を構成している。そして、第２領域７９の輪郭は、第１電極５の輪郭６８によって囲まれている。つまり、第２領域７９の輪郭は、第１電極５の輪郭６８よりも内側に位置している。

次いで、スピンコート技術を活用して、図８（ａ）に示すように、第２領域７９内にＰＺＴで構成される圧電体材料８１を埋め込む。このとき、圧電体材料８１の一部が第２領域７９からはみ出し、圧電体材料８１が第２の土手７５を覆うように、圧電体材料８１を埋め込む。このとき、圧電体材料８１の一部における第１電極５からの高さが、第２の土手７５における第１電極５からの高さを上回った状態である。スピンコート技術で圧電体材料８１を埋め込む方法は、所謂ゾルゲル法と呼ばれる。そして、ゾルゲル法で埋め込んだ圧電体材料８１に、約３００℃〜７００℃の温度で熱処理を施す。これにより、圧電体材料８１の結晶配向性が高められる。

次いで、ＣＭＰ技術を活用して、図８（ｂ）に示すように、圧電体材料８１及び第２の土手７５を、第１の土手６７の高さ以下に薄くして、圧電体膜７を形成する。本実施形態では、ＣＭＰ技術で圧電体材料８１及び第２の土手７５を第１の土手６７の高さ以下に薄くする過程で、第１の土手６７を光学的に検出しながら薄くする方法が採用されている。

第１の土手６７を構成するシリコン酸化物６３と、第２の土手７５を構成するシリコン窒化物７１とでは、光学的な屈折率が異なる。このことを利用して、第２の土手７５と第１の土手６７との境界面が検出されたときに、圧電体材料８１及び第２の土手７５を薄くすることを停止する。つまり、第１の土手６７は、ＣＭＰ技術での研磨のストッパとしての機能を有している。

次いで、スパッタリング技術を活用して、図８（ｃ）に示すように、圧電体膜７、第１の土手６７及び第２の土手７５上に、プラチナで構成される導電膜８３を形成する。
次いで、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を活用して、導電膜８３をパターニングして、図９（ａ）に示すように、第２電極１１を形成する。

このとき、第２電極１１は、第２電極１１の輪郭が、図７に示す第１領域６９の輪郭よりも内側で、且つ第２領域７９の輪郭よりも外側に位置するようにパターニングされる。つまり、第２電極１１の輪郭は、平面視で、第１領域６９の輪郭によって囲まれているとともに、第２領域７９の輪郭を囲んでいる。

次いで、第２電極１１をマスクとしてエッチング技術で、図９（ｂ）に示すように、第１の土手６７及び第２の土手７５をエッチングする。このとき、第２電極１１をマスクとしているので、第２の土手７５の第２電極１１が重なっている部位は、エッチングで除去されずに保護膜９として残存する。

そして、エッチング技術を活用して、ＳＯＩ基板２１のシリコン層２５及びシリコン酸化物層２９の一部を除去することで、図１に示す腕部３３を形成し、圧電装置１を完成させる。本実施形態では、腕部３３の形成において、シリコン酸化物層２９とシリコン層２７との境界面を光学的に検出しながらエッチングする方法が採用されている。つまり、シリコン酸化物層２９は、エッチングにおけるストッパとしての機能を有している。

なお、本実施形態において、シリコン窒化物７１が第１絶縁膜に対応し、第２領域７９が第１絶縁膜が除去された領域に対応し、シリコン酸化物６３が第２絶縁膜に対応している。

本実施形態の圧電装置１は、第１電極５と第２電極１１とに挟まれた圧電体膜７の側面が保護膜９によって覆われている。この保護膜９は、第１電極５と第２電極１１とによって挟まれた状態で圧電体膜７の側面を覆っている。つまり、圧電体膜７は、第１電極５、第２電極１１及び保護膜９によって囲まれた領域内に格納されている。従って、圧電体膜７の耐性の向上が図られる。

また、本実施形態では、第２の土手７５によって囲まれる第２領域７９内に、圧電体膜７をゾルゲル法で形成する。ゾルゲル法では、圧電体材料８１をスピンコート技術を活用して第２領域７９内に埋め込むため、圧電体膜７の側面の形状は、第２の土手７５の内側の側壁によって規定される。このため、圧電体膜７の側面の形状を制御しやすくすることができる。従って、圧電体膜７の側面の形状がテーパ状になることを低く抑えやすくすることができ、圧電装置１の微細化を図りやすくすることができる。
特に、第２の土手７５の内側の側壁が第１電極５に対して垂直に形成されている場合、圧電体膜７の側面の形状も垂直となるため、十分な圧電効果が得られないテーパ状の領域を減少させることができる。

また、本実施形態では、圧電体材料８１を第２領域７９に埋め込むときに、圧電体材料８１が第２領域７９からあふれて、圧電体材料８１が第２の土手７５を覆うように、圧電体材料８１を埋め込む。そして、第２領域７９内からあふれた圧電体材料８１、及び第２領域７９内の圧電体材料８１、並びに第２の土手７５を、ＣＭＰ技術で第１の土手６７の高さ以下に薄くする。これにより、圧電体膜７を平坦に形成しやすくすることができる。

また、本実施形態では、シリコン酸化物６３に開口部６５を形成することによって第１の土手６７を形成し、第１の土手６７によって囲まれる第１領域６９内にシリコン窒化物７１を埋め込む。このとき、シリコン窒化物７１は、第１領域６９からあふれて、シリコン窒化物７１が第１の土手６７を覆うように埋め込まれる。そして、シリコン窒化物７１に開口部７３を形成することによって第２の土手７５が形成される。

つまり、第２の土手７５は、第１の土手６７を覆っている。シリコン酸化物６３とシリコン窒化物７１とでは、光学的な屈折率が異なるので、圧電体材料８１及び第２の土手７５をＣＭＰ技術で薄くする際に、第１の土手６７の高さを光学的に検出しやすくすることが可能となる。これにより、圧電体膜７の厚み精度を向上しやすくすることができ、圧電装置１の一層の微細化を図りやすくすることができる。
なお、本実施形態では、シリコン酸化物６３とシリコン窒化物７１とを絶縁膜として用いているが、材料はこれに限られたものではない。

また、本実施形態では、第２の土手７５を形成する際に、第２領域７９の輪郭が第１電極５の輪郭６８よりも内側に位置するように第２の土手７５を形成する。また、第２電極１１を形成する際に、第２電極１１の輪郭が、図７に示す第１領域６９の輪郭よりも内側で、且つ第２領域７９の輪郭よりも外側に位置するように、第２電極１１を形成する。そして、第１の土手６７及び第２の土手７５をエッチングする際に、第１の土手６７及び第２の土手７５は、第２電極１１をマスクとしてエッチングされる。これにより、第２の土手７５の第２電極１１が重なっている部位を、保護膜９として残存させることが可能となる。保護膜として、窒化シリコンの他に酸化アルミニウム（アルミナ）を用いても良い。

なお、本実施形態では、第１電極５、配線部６及び第２電極１１の材料として、プラチナが採用されているが、材料はこれに限定されず、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン、イリジウム、窒化チタンなどの種々の材料が採用され得る。第１電極５、配線部６及び第２電極１１の材料は、ゾルゲル法で埋め込まれる圧電体材料８１の材料に応じて適宜選定され得る。つまり、第１電極５、配線部６及び第２電極１１の材料は、圧電体材料８１に施す熱処理の温度を考慮して適宜選定され得る。

本実施形態から把握される技術的思想を、以下に記す。
基板の一の面に形成された第１電極と、圧電体材料で構成され、前記第１電極に重ねられた圧電体膜と、前記圧電体膜を挟んで前記第１電極に対向する第２電極と、を有する圧電装置の製造方法であって、前記第１電極が形成された前記基板の前記一の面に枠状の土手を、当該枠の内側から前記第１電極の少なくとも一部を露呈させて形成する工程と、前記土手によって囲まれる領域内に前記圧電体材料を埋め込んで、前記領域内に前記圧電体膜を形成する工程と、を有することを特徴とする圧電装置の製造方法。

この製造方法では、第１電極の少なくとも一部が露呈する枠状の土手によって囲まれる領域内に圧電体材料を埋め込んで、この領域内に圧電体膜を形成する。この製造方法によれば、圧電体膜の側面の形状が土手の内側の側壁によって規制されるので、圧電体膜の側面の形状を制御しやすくすることができる。従って、圧電体膜の側面の形状がテーパ状になることを低く抑えやすくすることができ、圧電装置の微細化を図りやすくすることができる。

上記の圧電装置の製造方法において、前記圧電体膜を形成する前記工程では、前記圧電体材料を前記領域内に、該領域内からあふれるまで埋め込んで、前記領域内からあふれた前記圧電体材料を除去し、且つ前記領域内の前記圧電体材料を前記土手の厚み以下に薄くして、前記圧電体膜を形成してもよい。

この製造方法では、土手によって囲まれる領域内に圧電体材料を、この領域内からあふれるまで埋め込んで、この領域内からあふれた圧電体材料を除去し、且つこの領域内の圧電体材料を土手の厚み以下に薄くするので、圧電体膜を平坦に形成しやすくすることができる。

上記の圧電装置の製造方法において、前記土手を形成する前記工程では、平面視で該第１電極の輪郭よりも外側から、前記第１電極を囲む第１の土手をシリコン酸化物で形成し、前記第１の土手によって囲まれる第１領域内に、シリコン窒化物で枠状の第２の土手を、当該第２の土手によって囲まれる第２領域内から前記第１電極の少なくとも一部を露呈させて、且つ前記第１の土手よりも高く形成し、前記圧電体膜を形成する前記工程では、前記圧電体材料を前記第２領域内に、該第２領域内からあふれるまで埋め込んで、前記第２領域内からあふれた前記圧電体材料、及び前記第２領域内の前記圧電体材料、並びに前記第２の土手を、前記第１の土手の高さ以下に薄くして、前記第２領域内に前記圧電体膜を形成してもよい。

この製造方法では、土手を形成する工程において、第１領域を規定する第１の土手をシリコン酸化物で形成し、第１領域内に枠状の第２の土手をシリコン窒化物で形成する。このとき、第２の土手は、この第２の土手が規定する第２領域内から第１電極の少なくとも一部を露呈させた状態で、且つ第１の土手よりも高く形成される。また、圧電体膜を形成する工程では、圧電体材料を第２領域内に、第２領域内からあふれるまで埋め込む。そして、第２領域内からあふれた圧電体材料、及び第２領域内の圧電体材料、並びに第２の土手を、ＣＭＰ法で第１の土手の高さ以下に薄くする。

ここで、第１の土手を構成するシリコン酸化物と、第２の土手を構成するシリコン窒化物とでは、光学的な屈折率が異なる。従って、この製造方法では、第２領域内からあふれた圧電体材料、及び第２領域内の圧電体材料、並びに第２の土手を、ＣＭＰ法で薄くする際に、第１の土手の高さを光学的に検出しやすくすることが可能となる。これにより、圧電体膜の厚み精度を向上しやすくすることができ、圧電装置の一層の微細化を図りやすくすることができる。

上記の圧電装置の製造方法において、前記圧電体膜に前記第２電極を形成する工程と、前記第１の土手及び前記第２の土手を除去する工程と、を有し、前記土手を形成する前記工程では、平面視で、前記第２領域の輪郭が前記第１電極の輪郭よりも内側に位置するように前記第２の土手を形成し、前記第２電極を形成する前記工程では、平面視で、当該第２電極の輪郭が、前記第１領域の輪郭よりも内側で、前記第２領域の輪郭よりも外側に位置するように前記第２電極を形成し、前記第１の土手及び前記第２の土手を除去する前記工程では、前記第２電極をマスクとして前記第１の土手及び前記第２の土手を除去してもよい。

この製造方法では、第２の土手は、平面視で、第２領域の輪郭が第１電極の輪郭よりも内側に位置する。また、第２電極は、平面視で、第２電極の輪郭が、第１領域の輪郭よりも内側で、第２領域の輪郭よりも外側に位置する。つまり、第２電極は、平面視で、第２の土手の一部と、第２領域とを覆う。第１の土手は、第２電極によって覆われない。そして、第１の土手及び第２の土手を除去する工程では、第２電極をマスクとして第１の土手及び第２の土手が除去される。これにより、第２の土手は、平面視で、第２電極に重なる領域において残存する。従って、この製造方法では、平面視で第２電極に重なる領域において、圧電体膜の側面に、この圧電体膜の側面を覆う膜を形成することができる。

本発明の実施形態における圧電装置の主要構成を説明する図。本発明の実施形態における圧電装置を含む発振回路の一例を示す図。本発明の実施形態における圧電装置の製造方法を説明する図。本発明の実施形態における圧電装置の製造方法を説明する図。本発明の実施形態における圧電装置の第１領域を説明する平面図。本発明の実施形態における圧電装置の製造方法を説明する図。本発明の実施形態における圧電装置の第２領域を説明する平面図。本発明の実施形態における圧電装置の製造方法を説明する図。本発明の実施形態における圧電装置の製造方法を説明する図。従来のカンチレバーの製造方法の一例を説明する図。

符号の説明

１…圧電装置、３…基板、５…第１電極、７…圧電体膜、９…保護膜、１１…第２電極、６３…シリコン酸化物、６５…開口部、６７…第１の土手、６９…第１領域、７１…シリコン窒化物、７３…開口部、７５…第２の土手、７９…第２領域、８１…圧電体材料。

Claims

基板の一の面に形成された第１電極と、圧電体材料で構成され、前記第１電極に重ねられた圧電体膜と、前記圧電体膜を挟んで前記第１電極に対向する第２電極と、を有する圧電装置の製造方法であって、
前記第１電極が形成された前記基板の前記一の面に第１絶縁膜を形成し、前記第１電極の少なくとも一部を露呈させるように前記第１絶縁膜を除去する工程と、
前記第１絶縁膜が除去された領域内に前記圧電体材料を充填し、前記領域内に前記圧電体膜を形成する工程と、を有することを特徴とする圧電装置の製造方法。
前記圧電体膜を形成する工程は、前記第１絶縁膜が除去された前記領域内に前記圧電体材料を充填したあと、前記圧電体材料のうち前記領域外の余剰部分を除去することを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電装置の製造方法。
前記圧電体膜を形成する工程は、前記第１絶縁膜が除去された領域内に前記圧電体材料を充填したあと、前記圧電体材料において前記第１電極からの高さが前記第１絶縁膜における前記第１電極からの高さを超える余剰部分を除去することを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の圧電装置の製造方法。
前記圧電体膜を形成する工程では、前記圧電体材料の前記余剰部分をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により除去する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の圧電装置の製造方法。
前記圧電体材料が、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ジルコン酸鉛、ニオブ酸鉛、窒化アルミニウム及び酸化亜鉛のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の圧電装置の製造方法。
前記第１絶縁膜を除去する工程の前に、前記第１電極上に第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜の一部を除去し、前記第１電極の前記少なくとも一部を露呈させる工程と、を含み、前記第１絶縁膜が前記第２絶縁膜の除去された部分を覆って形成されるものである、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の圧電装置の製造方法。
前記第１絶縁膜を除去する工程の前に、前記第１電極上に第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜の一部を除去し、前記第１電極の前記少なくとも一部を露呈させる工程と、を含み、前記第１絶縁膜が前記第２絶縁膜の除去された部分を覆って形成されるものであり、前記第２絶縁膜がシリコン酸化物を含み、前記第１絶縁膜がシリコン窒化物を含む、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の圧電装置の製造方法。
前記圧電体膜を形成する工程の後、前記圧電体膜上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜を前記第１絶縁膜の一部を覆う形状にパターニングし、前記第２電極を形成する工程と、前記第２電極をマスクとして用い、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去する工程と、を含み、前記第２電極の周縁部と前記第１電極の間に前記第１絶縁膜が位置することを特徴とする請求項６又は７に記載の圧電装置の製造方法。
前記第２電極をマスクとして用い、前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜を除去する工程において、前記圧電体膜が除去されない、ことを特徴とする請求項８に記載の圧電装置の製造方法。
基板の一の面に形成された第１電極と、圧電体材料で構成され、前記第１電極に重ねられた圧電体膜と、前記圧電体膜を挟んで前記第１電極に対向する第２電極と、前記第１電極及び前記第２電極の間に挟まれ、前記圧電体膜の側面を覆う被覆膜と、を有することを特徴とする圧電装置。
前記圧電体膜の側面を覆う被覆膜が、窒化シリコン膜、または酸化アルミニウム膜を含む、ことを特徴とする請求項１０に記載の圧電装置。