JP2018170343A - Piezoelectric element and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric element in which an appropriate opening for making contact with a first electrode can be formed in a piezoelectric film.SOLUTION: A piezoelectric element 4 includes: a first electrode 11; a first piezoelectric film 12 that is formed on one surface of the first electrode 11 and made of a material containing AlN as a main component; and a second electrode 13 that is disposed on the surface opposite to the first electrode 11 side, of the first piezoelectric film 12. A first opening 13a that penetrates in the thickness direction is formed in the second electrode 13 in order to make contact with the first electrode 11. A second opening 12a that communicates with the first opening 13a and penetrates in the thickness direction is formed in the first piezoelectric film 12. The first opening 13a and the second opening 12a have substantially the same shape and size in a plan view as viewed from the normal direction with respect to the surface of the first electrode 11.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、超音波送受信装置、圧電トランス等に利用される圧電素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a piezoelectric element used for an ultrasonic transmission / reception device, a piezoelectric transformer, and the like, and a manufacturing method thereof.

下部電極と、下部電極上に形成され、ＡｌＮを主成分とする圧電体膜と、圧電体膜における下部電極とは反対側の表面に形成された上部電極とを含む、圧電素子が知られている（下記特許文献１参照）。   A piezoelectric element is known that includes a lower electrode, a piezoelectric film formed on the lower electrode and mainly composed of AlN, and an upper electrode formed on the surface of the piezoelectric film opposite to the lower electrode. (See Patent Document 1 below).

特開２０１６−１７９５５５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-179555

前述のＡｌＮを主成分とする圧電体膜を含む圧電素子において、下部電極（第１電極）にコンタクトをとるために、上部電極（第２電極）に厚さ方向に貫通する第１開口部を形成するとともに、圧電素子に第１開口部に連通しかつ厚さ方向に貫通する第２開口部を形成することが考えられる。
ＡｌＮを主成分とする材料からなる圧電体膜への第２開口部の形成を、レジストマスクを用いたドライエッチングで行なおうとすると、次のような問題が生じる。すなわち、レジスト現像時にレジスト現像液であるＴＭＡＨ（Tetramethyl ammonium hydroxide）によって、圧電体膜の表面が異方性エッチングされ、圧電体膜の表面に凹凸が発生する。そのため、この後にドライエッチングによって圧電体膜をエッチングすると、圧電体膜の表面の凹凸に起因したオーバエッチングにより、下部電極に孔が形成されてしまうおそれがある。このため、下部電極にコンタクトをとるための適切な開口部を圧電体膜に形成することができない。 In the above-described piezoelectric element including a piezoelectric film mainly composed of AlN, a first opening penetrating in the thickness direction is formed in the upper electrode (second electrode) in order to make contact with the lower electrode (first electrode). It is conceivable to form the second opening that communicates with the first opening and penetrates in the thickness direction in the piezoelectric element.
When the second opening is formed in the piezoelectric film made of a material containing AlN as a main component by dry etching using a resist mask, the following problems occur. That is, at the time of resist development, the surface of the piezoelectric film is anisotropically etched by TMAH (Tetramethyl ammonium hydroxide) which is a resist developer, and irregularities are generated on the surface of the piezoelectric film. Therefore, if the piezoelectric film is etched after this by dry etching, a hole may be formed in the lower electrode due to over-etching caused by unevenness on the surface of the piezoelectric film. For this reason, an appropriate opening for making contact with the lower electrode cannot be formed in the piezoelectric film.

そこで、フォトリソグラフィ後に、適切な湿度と温度のＴＭＡＨを含む水溶液を用いて、圧電体膜に対してウエットエッチングを行うことが考えられる。しかしながら、このようなウエットエッチングを行うと、レジストマスクと圧電体膜との界面にＴＭＡＨが浸透し、レジストマスクが剥がれるおそれがある。このため、下部電極にコンタクトをとるための適切な開口部を圧電体膜に形成することができない。   Thus, it is conceivable to perform wet etching on the piezoelectric film using an aqueous solution containing TMAH having an appropriate humidity and temperature after photolithography. However, when such wet etching is performed, TMAH may permeate the interface between the resist mask and the piezoelectric film, and the resist mask may be peeled off. For this reason, an appropriate opening for making contact with the lower electrode cannot be formed in the piezoelectric film.

この発明は、第１電極にコンタクトをとるための適切な開口部を圧電体膜に形成することができる圧電素子およびその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a piezoelectric element capable of forming an appropriate opening for making contact with a first electrode in a piezoelectric film, and a method for manufacturing the same.

この発明による圧電素子は、第１電極と、前記第１電極の一方の表面に形成され、ＡｌＮを主成分とする材料からなる圧電体膜と、前記圧電体膜における前記第１電極側とは反対側の表面に配置された第２電極とを含み、前記第２電極には、第１電極にコンタクトをとるために、厚さ方向に貫通する第１開口部が形成され、前記圧電体膜には、前記第１開口部に連通しかつ厚さ方向に貫通する第２開口部が形成されており、前記第１電極の表面に対して法線方向から見た平面視において、前記第１開口部と前記第２開口部の形状および大きさがほぼ等しい。   The piezoelectric element according to the present invention includes a first electrode, a piezoelectric film formed on one surface of the first electrode and made of a material mainly composed of AlN, and the first electrode side of the piezoelectric film. A second electrode disposed on the opposite surface, wherein the second electrode has a first opening penetrating in a thickness direction so as to contact the first electrode, and the piezoelectric film A second opening is formed in communication with the first opening and penetrating in the thickness direction, and the first opening is viewed in a normal direction with respect to the surface of the first electrode. The shape and size of the opening and the second opening are substantially equal.

このような構成の第２開口部は、第１開口部が形成された第２電極をハードマスクとして用いたウエットエッチングによって形成することができる。このため、第１電極にコンタクトをとるための適切な開口部を圧電体膜に形成することができる。
この発明の一実施形態では、前記平面視において、前記第１開口部における前記圧電体膜側の輪郭を第１輪郭とし、前記第２開口部における前記第１電極側の輪郭を第２輪郭とすると、前記第１輪郭と前記第２輪郭との隙間の間隔の絶対値が、前記圧電体膜の厚さ以下である。 The second opening having such a configuration can be formed by wet etching using the second electrode in which the first opening is formed as a hard mask. For this reason, an appropriate opening for making contact with the first electrode can be formed in the piezoelectric film.
In one embodiment of the present invention, in the plan view, a contour on the piezoelectric film side in the first opening is a first contour, and a contour on the first electrode in the second opening is a second contour. Then, the absolute value of the gap between the first contour and the second contour is equal to or less than the thickness of the piezoelectric film.

この発明の一実施形態では、前記第１輪郭および前記第２輪郭の平面形状が矩形であり、前記第１輪郭の４辺のうちの対向する所定の２辺の間隔をＡとし、前記第２輪郭の４辺のうち、前記所定の２辺に対応する２辺の間隔をＢとすると、前記第１輪郭と前記第２輪郭との隙間の間隔の絶対値は、（｜Ｂ−Ａ｜／２）で表される。
この発明の一実施形態では、前記ＡｌＮを主成分とする材料からなる圧電体膜を第１圧電体膜とすると、前記第２電極における前記第１圧電体膜側とは反対側の表面に形成され、前記第１圧電体膜とは異なる材料からなる第２圧電体膜と、前記第２圧電体膜上に形成された第３電極とをさらに含む。 In one embodiment of the present invention, a planar shape of the first contour and the second contour is a rectangle, and an interval between two opposing sides of the four sides of the first contour is A, and the second If the interval between two sides corresponding to the predetermined two sides among the four sides of the contour is B, the absolute value of the gap interval between the first contour and the second contour is (| B−A | / 2).
In one embodiment of the present invention, when the piezoelectric film made of a material mainly composed of AlN is a first piezoelectric film, the second electrode is formed on a surface opposite to the first piezoelectric film side. And a second piezoelectric film made of a material different from that of the first piezoelectric film, and a third electrode formed on the second piezoelectric film.

この発明の一実施形態では、前記第１圧電体膜および前記第２圧電体膜のうちのいずれか一方の圧電体膜の圧電歪定数は、他方の圧電体膜よりも小さく、前記一方の圧電体膜の圧電電圧定数は、前記他方の圧電体膜よりも大きい。
この発明の一実施形態では、前記第１圧電体膜は、ＡｌＮ膜またはＳｃ、ＮｂおよびＭｇのうちの少なくとも１つの金属が添加されたＡｌＮ膜からなり、第２圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる。 In one embodiment of the present invention, the piezoelectric strain constant of one of the first piezoelectric film and the second piezoelectric film is smaller than that of the other piezoelectric film, and the one piezoelectric film The piezoelectric voltage constant of the body film is larger than that of the other piezoelectric film.
In one embodiment of the present invention, the first piezoelectric film is an AlN film or an AlN film to which at least one metal of Sc, Nb and Mg is added, and the second piezoelectric film is a PZT film. Become.

この発明の一実施形態では、前記第１電極は、Ｍｏからなる。
この発明の一実施形態では、前記圧電体膜上に形成された前記第２電極は、ＩｒＯ２膜、Ｉｒ膜、Ｔｉ膜およびＰｔ膜が、当該圧電体膜側からその順に積層されたＩｒＯ２／Ｉｒ／Ｔｉ／Ｐｔ積層膜である。
この発明による第１の圧電素子の製造方法は、第１電極上に、ＡＩＮを主成分とする圧電体膜を形成する工程と、前記圧電体膜における前記第１電極側とは反対側の表面に第２電極を形成する工程と、前記第１電極にコンタクトをとるために、前記第２電極に厚さ方向に貫通する第１開口部を形成する工程と、前記第２電極をハードマスクとして、前記圧電体膜をウエットエッチングすることにより、前記圧電体膜に前記第１開口部に連通し厚さ方向に貫通する第２開口部を形成する工程とを含む。 In one embodiment of the present invention, the first electrode is made of Mo.
In one embodiment of the present invention, the second electrode formed on the piezoelectric film, IrO 2 film, Ir film, IrO 2 Ti film and Pt film, which are laminated from the piezoelectric film side in this order / Ir / Ti / Pt laminated film.
The first piezoelectric element manufacturing method according to the present invention includes a step of forming a piezoelectric film mainly composed of AIN on a first electrode, and a surface of the piezoelectric film opposite to the first electrode side. Forming a second electrode on the first electrode, forming a first opening penetrating in a thickness direction in the second electrode to make contact with the first electrode, and using the second electrode as a hard mask. Forming a second opening that communicates with the first opening and penetrates in the thickness direction by wet etching the piezoelectric film.

この構成では、第１電極にコンタクトをとるための適切な開口部を圧電体膜に形成することができる。
この発明の一実施形態では、前記第２開口部を形成する工程において、ＴＭＡＨを含む水溶液がエッチング液として用いられる。
この発明による第２の圧電素子の製造方法は、第１電極上に、ＡＩＮを主成分とする第１圧電体膜を形成する工程と、前記第１圧電体膜における前記第１電極側とは反対側の表面に第２電極を形成する工程と、前記第２電極における前記第１圧電体膜側とは反対側の表面に、前記第１圧電体膜とは異なる材料からなる第２圧電体膜を形成する工程と、前記第２圧電体膜における前記第２電極側とは反対側の表面に第３電極を形成する工程と、前記第２電極にコンタクトをとるために、前記第２圧電体膜に厚さ方向に貫通する第１開口部を形成するとともに、前記第１電極にコンタクトをとるために前記第２圧電体膜に厚さ方向に貫通する第２開口部を形成する工程と、前記第２電極のうち、前記第２開口部によって表面が露出している領域内に、前記第２開口部に連通しかつ厚さ方向に貫通する第３開口部を形成する工程と、前記第２電極をハードマスクとして、前記圧電体膜をウエットエッチングすることにより、前記圧電体膜に前記第３開口部に連通し厚さ方向に貫通する第４開口部を形成する工程とを含む。 With this configuration, an appropriate opening for making contact with the first electrode can be formed in the piezoelectric film.
In one embodiment of the present invention, an aqueous solution containing TMAH is used as an etchant in the step of forming the second opening.
According to the second piezoelectric element manufacturing method of the present invention, the step of forming the first piezoelectric film mainly composed of AIN on the first electrode, and the first electrode side of the first piezoelectric film include: A step of forming a second electrode on the surface on the opposite side, and a second piezoelectric body made of a material different from that of the first piezoelectric film on the surface of the second electrode opposite to the first piezoelectric film side A step of forming a film, a step of forming a third electrode on a surface of the second piezoelectric film opposite to the second electrode side, and a second piezoelectric layer for contacting the second electrode. Forming a first opening penetrating in the thickness direction in the body film, and forming a second opening penetrating in the thickness direction in the second piezoelectric film to make contact with the first electrode; In the region where the surface of the second electrode is exposed by the second opening. A step of forming a third opening that communicates with the second opening and penetrates in the thickness direction, and the piezoelectric film is wet-etched using the second electrode as a hard mask. Forming a fourth opening that communicates with the third opening and penetrates in the thickness direction.

この構成では、第１電極にコンタクトをとるための適切な開口部を第１圧電体膜に形成することができる。
この発明の一実施形態では、前記第４開口部を形成する工程において、ＴＭＡＨを含む水溶液がエッチング液として用いられる。 With this configuration, an appropriate opening for making contact with the first electrode can be formed in the first piezoelectric film.
In one embodiment of the present invention, in the step of forming the fourth opening, an aqueous solution containing TMAH is used as an etching solution.

図１は、この発明の一実施形態に係る圧電素子が適用された圧電素子モジュールの図解的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a piezoelectric element module to which a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied. 図２は、図１のII-II線に沿う図解的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. 図３は、図１にIIIで示す部分を拡大して示す図解的な部分拡大断面図である。FIG. 3 is an illustrative partial enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion indicated by III in FIG. 図４は、図１の圧電体膜および第２電極の開口部付近を示す部分拡大平面図である。FIG. 4 is a partially enlarged plan view showing the vicinity of the opening of the piezoelectric film and the second electrode of FIG. 図５は、図４のV-V線に沿う断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 図６は、圧電素子モジュールの製造工程の一例を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the manufacturing process of the piezoelectric element module. 図７は、図６の次の工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 図８は、図７の次の工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 図９は、図８の次の工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 図１０は、図９の次の工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 図１１は、図１０の次の工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 図１２は、図１１の次の工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 図１３は、図１２の次の工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing the next step of FIG. 図１４は、図１３の次の工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing the next step of FIG.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る圧電素子が適用された圧電素子モジュールの図解的な平面図である。図２は、図１のII-II線に沿う図解的な断面図である。図３は、図１にIIIで示す部分を拡大して示す図解的な部分拡大断面図である。
圧電素子モジュール１は、表面２ａおよび裏面２ｂを有する基板２と、基板２の表面２ａに形成された振動板（メンブレン）３と、振動板３における基板２側とは反対側の表面に形成された圧電素子４とを含む。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a piezoelectric element module to which a piezoelectric element according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. FIG. 3 is an illustrative partial enlarged cross-sectional view showing an enlarged portion indicated by III in FIG.
The piezoelectric element module 1 is formed on a substrate 2 having a front surface 2a and a back surface 2b, a diaphragm (membrane) 3 formed on the front surface 2a of the substrate 2, and a surface of the diaphragm 3 opposite to the substrate 2 side. Piezoelectric element 4.

基板２は、扁平な直方体である。基板２は、この実施形態では、シリコン（Ｓｉ）基板からなる。基板２の中央部には、基板２を厚さ方向に貫通する開口部５が形成されている。この開口部５は、後述する第１圧電体膜１２および第２圧電体膜１４が振動しやすくなるように形成されている。開口部５は、基板２の表面（後述する第１電極１１の表面）に対する法線方向から見た平面視において長方形状であり、開口部の４辺はそれぞれ基板２の４辺に平行である。   The substrate 2 is a flat rectangular parallelepiped. In this embodiment, the substrate 2 is made of a silicon (Si) substrate. An opening 5 that penetrates the substrate 2 in the thickness direction is formed at the center of the substrate 2. The opening 5 is formed so that a first piezoelectric film 12 and a second piezoelectric film 14 described later can easily vibrate. The opening 5 has a rectangular shape in plan view as viewed from the normal direction to the surface of the substrate 2 (the surface of the first electrode 11 described later), and the four sides of the opening are parallel to the four sides of the substrate 2, respectively. .

振動板３は、開口部５を覆うように基板２上に形成されている。振動板３は、開口部５の天面部を区画している。振動板３は、この実施形態では、ＡｌＮ（アルミナイトライド）膜からなる。振動板３は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）から構成されていてもよい。振動板３の厚さは、例えば４５ｎｍ程度である。
圧電素子４は、振動板３上に形成された第１電極１１と、第１電極１１上に形成された第１圧電体膜１２と、第１圧電体膜１２上に形成された第２電極１３と、第２電極１３上に形成された第２圧電体膜１４と、第２圧電体膜１４上に形成された第３電極１５とを含む。 The diaphragm 3 is formed on the substrate 2 so as to cover the opening 5. The diaphragm 3 defines the top surface portion of the opening 5. In this embodiment, the diaphragm 3 is made of an AlN (aluminum nitride) film. The diaphragm 3 may be composed of a silicon oxide film (SiO 2 ). The thickness of the diaphragm 3 is, for example, about 45 nm.
The piezoelectric element 4 includes a first electrode 11 formed on the vibration plate 3, a first piezoelectric film 12 formed on the first electrode 11, and a second electrode formed on the first piezoelectric film 12. 13, a second piezoelectric film 14 formed on the second electrode 13, and a third electrode 15 formed on the second piezoelectric film 14.

第１電極１１は、第１圧電体膜１２に対する下部電極である。第１電極１１は、振動板３の表面の全域に形成されている。第１電極１１は、この実施形態では、Ｍｏ（モリブデン）からなる。第１電極１１の厚さは、例えば１００ｎｍ程度である。
第１圧電体膜１２は、第１電極１１の表面のほぼ全域に形成されている。第１圧電体膜１２には、平面視において、開口部５の１辺の中間部と基板２の対応する１辺の中間部との間位置に、長方形状の開口部１２ａが形成されている。この開口部１２ａは第１圧電体膜１２を厚さ方向に貫通しており、第１電極１１の表面の一部が開口部１２ａを介して露出している。この露出部分は、第１電極１１を外部に接続するためのパッド部１１ａを構成している。つまり、開口部１２ａは、第１電極１１にコンタクトをとるための開口である。第１圧電体膜１２は、ＡｌＮ（アルミナイトライド）を主成分とする材料からなる。この実施形態では、第１圧電体膜１２は、ＡｌＮ膜からなる。第１圧電体膜１２の厚さは、例えば１μｍ程度である。 The first electrode 11 is a lower electrode for the first piezoelectric film 12. The first electrode 11 is formed over the entire surface of the diaphragm 3. In this embodiment, the first electrode 11 is made of Mo (molybdenum). The thickness of the first electrode 11 is, for example, about 100 nm.
The first piezoelectric film 12 is formed on almost the entire surface of the first electrode 11. In the first piezoelectric film 12, a rectangular opening 12a is formed at a position between an intermediate portion of one side of the opening 5 and a corresponding intermediate portion of the substrate 2 in plan view. . The opening 12a penetrates the first piezoelectric film 12 in the thickness direction, and a part of the surface of the first electrode 11 is exposed through the opening 12a. This exposed portion constitutes a pad portion 11a for connecting the first electrode 11 to the outside. That is, the opening 12 a is an opening for making contact with the first electrode 11. The first piezoelectric film 12 is made of a material mainly composed of AlN (aluminum nitride). In this embodiment, the first piezoelectric film 12 is made of an AlN film. The thickness of the first piezoelectric film 12 is, for example, about 1 μm.

第２電極１３は、第１圧電体膜１２に対する上部電極であり、第２圧電体膜１４に対する下部電極である。第２電極１３は、第１圧電体膜１２の表面のほぼ全域に形成されている。第２電極１３には、第１圧電体膜１２の開口部１２ａと連通し、第２電極１３を厚さ方向に貫通する開口部１３ａが形成されている。この開口部１３ａも、第１電極１１にコンタクトをとるための開口である。開口部１３ａは、平面視において、第１圧電体膜１２の開口部１２ａと同じ位置に形成されており、第１圧電体膜１２の開口部１２ａとほぼ同じ形状および大きさを有している。   The second electrode 13 is an upper electrode for the first piezoelectric film 12 and a lower electrode for the second piezoelectric film 14. The second electrode 13 is formed over almost the entire surface of the first piezoelectric film 12. The second electrode 13 is formed with an opening 13 a that communicates with the opening 12 a of the first piezoelectric film 12 and penetrates the second electrode 13 in the thickness direction. This opening 13 a is also an opening for making contact with the first electrode 11. The opening 13 a is formed at the same position as the opening 12 a of the first piezoelectric film 12 in plan view, and has substantially the same shape and size as the opening 12 a of the first piezoelectric film 12. .

第２電極１３は、図３に示すように、この実施形態では、第１圧電体膜１２上に形成されたＩｒＯｘ（酸化イリジウム）膜２１と、ＩｒＯｘ膜２１上に形成されたＩｒ（イリジウム）膜２２と、Ｉｒ膜２２上に形成されたＴｉ（チタン）膜２３と、Ｔｉ膜２３上に形成されたＰｔ（プラチナ）膜２４との積層膜（ＩｒＯｘ／Ｉｒ／Ｔｉ／Ｐｔ積層膜）からなる。ＩｒＯｘ膜２１の厚さは５０ｎｍ程度であり、Ｉｒ膜２２の厚さは５０ｎｍ程度であり、Ｔｉ膜２３の厚さは２０ｎｍ程度であり、Ｐｔ膜２４の厚さは、２００ｎｍ程度である。   As shown in FIG. 3, the second electrode 13 includes an IrOx (iridium oxide) film 21 formed on the first piezoelectric film 12 and an Ir (iridium) film formed on the IrOx film 21 in this embodiment. From a laminated film (IrOx / Ir / Ti / Pt laminated film) of a film 22, a Ti (titanium) film 23 formed on the Ir film 22, and a Pt (platinum) film 24 formed on the Ti film 23 Become. The IrOx film 21 has a thickness of about 50 nm, the Ir film 22 has a thickness of about 50 nm, the Ti film 23 has a thickness of about 20 nm, and the Pt film 24 has a thickness of about 200 nm.

ＩｒＯｘ／Ｉｒ／Ｔｉ／Ｐｔ積層膜中のＩｒＯｘ／Ｉｒ積層膜は、ＩｒＯｘ層のような導電性の金属酸化膜の他、絶縁性の金属酸化膜を含んでいるものであってもよい。導電性の金属酸化膜としては、ＩｒＯｘ層の他、ＲｕＯｘ（酸化ルテニウム）膜、ＳｒＲｕＯ３（酸化ストロンチウム・ルテニウム）膜、ＬａＮｉＯｘ（酸化ランタン・ニッケル）膜、ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜等が挙げられる。絶縁性の金属酸化膜としては、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）膜、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）膜およびＴｉＯ２（酸化チタン）膜等が挙げられる。ＩｒＯｘ／Ｉｒ／Ｔｉ／Ｐｔ積層膜中のＴｉ／Ｐｔ積層膜は、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ａｕのうちから任意に選択された１つの単膜または任意の組み合わせの積層膜から構成されてもよい。 The IrOx / Ir laminated film in the IrOx / Ir / Ti / Pt laminated film may include an insulating metal oxide film in addition to a conductive metal oxide film such as an IrOx layer. Examples of the conductive metal oxide film include an IrOx layer, a RuOx (ruthenium oxide) film, a SrRuO 3 (strontium / ruthenium oxide) film, a LaNiOx (lanthanum oxide / nickel) film, and a ZnO (zinc oxide) film. . Examples of the insulating metal oxide film include an Al 2 O 3 (aluminum oxide) film, a ZrO 2 (zirconium oxide) film, and a TiO 2 (titanium oxide) film. The Ti / Pt laminated film in the IrOx / Ir / Ti / Pt laminated film is composed of one single film arbitrarily selected from Pt, Ti, Ir, Ru, Ni, Au, or any combination of laminated films. May be.

第２圧電体膜１４は、第２電極１３の表面のほぼ全域に形成されている。第２圧電体膜１４には、開口部１３ａの周縁よりも外側に拡がった周縁を有する平面視長方形状の開口部１４ａが形成されている。この開口部１４も、第１電極１１にコンタクトをとるための開口であり、第２圧電体膜１４を厚さ方向に貫通している。開口部１４ａは、平面視において、開口部１３ａとほぼ相似でかつ開口部１３ａよりも大きな長方形状である。   The second piezoelectric film 14 is formed on almost the entire surface of the second electrode 13. The second piezoelectric film 14 is formed with an opening 14a having a rectangular shape in plan view having a peripheral edge extending outward from the peripheral edge of the opening 13a. The opening 14 is also an opening for making contact with the first electrode 11 and penetrates the second piezoelectric film 14 in the thickness direction. The opening 14a has a rectangular shape that is substantially similar to the opening 13a and larger than the opening 13a in plan view.

第２圧電体膜１４には、さらに、平面視において、基板２の開口部５に対して開口部１４ａとは反対側に、第２圧電体膜１４を厚さ方向に貫通する平面視長方形状の開口部１４ｂが形成されている。この開口部１４ｂは第２電極１２にコンタクトをとるための開口であり、第２電極１３の表面の一部が開口部１４ｂを介して露出している。この露出部分は、第２電極１３を外部に接続するためのパッド部１３ｂを構成している。第２圧電体膜１４は、この実施形態では、ＰＺＴ（ＰｂＺｒｘＴｉ１−ｘＯ３：チタン酸ジルコン酸鉛）膜からなる。第２圧電体膜１４の厚さは、例えば、１μｍ程度である。 The second piezoelectric film 14 further has a rectangular shape in plan view that penetrates the second piezoelectric film 14 in the thickness direction on the side opposite to the opening 14a with respect to the opening 5 of the substrate 2 in plan view. The opening 14b is formed. The opening 14b is an opening for making contact with the second electrode 12, and a part of the surface of the second electrode 13 is exposed through the opening 14b. This exposed portion constitutes a pad portion 13b for connecting the second electrode 13 to the outside. In this embodiment, the second piezoelectric film 14 is made of a PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 : lead zirconate titanate) film. The thickness of the second piezoelectric film 14 is, for example, about 1 μm.

第３電極１５は、第２圧電体膜１４上に形成されている。第３電極１５は、平面視において、基板２の中央部に対応した領域に形成されている。具体的には、第３電極１５は、平面視において、基板２の開口部５の周縁内に配置された主電極部１５Ａと、主電極部１５Ａから第２圧電体膜１４の開口部１４ｂ側に向かって延びた延長部１５Ｂとからなる。
主電極部１５Ａは、平面視において、基板２の開口部５の天面部とほぼ相似でかつ開口部５の天面部よりも小さい長方形状である。主電極部１５Ａの長手方向の長さは、開口部５の天面部の長手方向の長さよりも短く形成されている。主電極部１５Ａの短手方向に沿う両端縁は、開口部５の天面部の対応する両端縁に対して所定間隔をあけて内側に配置されている。また、主電極部１５Ａの短手方向の幅は、開口部５の天面部の短手方向の幅よりも短く形成されている。主電極部１５Ａの長手方向に沿う両側縁は、開口部５の天面部の対応する両側縁に対して所定間隔をあけて内側に配置されている。 The third electrode 15 is formed on the second piezoelectric film 14. The third electrode 15 is formed in a region corresponding to the central portion of the substrate 2 in plan view. Specifically, the third electrode 15 includes a main electrode portion 15A disposed in the periphery of the opening 5 of the substrate 2 in plan view, and the opening 14b side of the second piezoelectric film 14 from the main electrode 15A. And an extension portion 15B extending toward.
The main electrode portion 15 </ b> A has a rectangular shape that is substantially similar to the top surface portion of the opening 5 of the substrate 2 and smaller than the top surface portion of the opening 5 in plan view. The length of the main electrode portion 15A in the longitudinal direction is shorter than the length of the top surface portion of the opening 5 in the longitudinal direction. Both end edges along the short side direction of the main electrode portion 15 </ b> A are arranged on the inner side with a predetermined interval with respect to the corresponding both end edges of the top surface portion of the opening 5. Further, the width in the short direction of the main electrode portion 15 </ b> A is formed shorter than the width in the short direction of the top surface portion of the opening 5. Both side edges along the longitudinal direction of the main electrode portion 15 </ b> A are arranged on the inner side with a predetermined interval with respect to the corresponding side edges of the top surface portion of the opening 5.

延長部１５Ｂは、平面視において、主電極部１５Ａの両側縁のうち、第２圧電体膜１４の開口部１４ｂ側の側縁の中央部から開口部５の天面部の対応する側縁を横切って開口部１４ｂ近くまで延びている。延長部１５Ｂの先端部の表面は、第３電極１５を外部に接続するためのパッド部１５Ｂａを構成している。
第３電極１５は、第２圧電体膜１４上に形成されたＩｒＯｘ（酸化イリジウム）膜と、ＩｒＯｘ膜上に形成されたＩｒ（イリジウム）膜との積層膜（ＩｒＯｘ／Ｉｒ積層膜）からなる。ＩｒＯｘ膜の厚さは５０ｎｍ程度であり、Ｉｒ膜の厚さは５０ｎｍ程度である。 The extension portion 15B crosses the corresponding side edge of the top surface portion of the opening portion 5 from the center portion of the side edge of the second piezoelectric film 14 on the opening portion 14b side in both side edges of the main electrode portion 15A in plan view. Extending to near the opening 14b. The surface of the distal end portion of the extension portion 15B constitutes a pad portion 15Ba for connecting the third electrode 15 to the outside.
The third electrode 15 is composed of a laminated film (IrOx / Ir laminated film) of an IrOx (iridium oxide) film formed on the second piezoelectric film 14 and an Ir (iridium) film formed on the IrOx film. . The thickness of the IrOx film is about 50 nm, and the thickness of the Ir film is about 50 nm.

図４は、図１の圧電体膜１２および第２電極１３の開口部１２ａ，１３ａ付近を示す部分拡大平面図である。図５は、図４のV-V線に沿う断面図である。
後述するように、第１圧電体膜１２の開口部１２ａは、開口部１３ａが形成された第２電極１３をハードマスクとしたウエットエッチングによって形成される。このため、平面視において、第１圧電体膜１２の開口部１２ａは、第２電極１３の開口部１３ａと同じ位置に形成されており、第２電極１３の開口部１３ａとほぼ同じ形状および大きさを有している。図４および図５に示すように、平面視において、開口部１３ａにおける第１圧電体膜１２側の輪郭１１３と、開口部１２ａにおける第１電極１１側の輪郭１１２との隙間の間隔をＣとし、第１圧電体膜１２の厚さをＤとすると、｜Ｃ｜≦Ｄとなる。｜Ｃ｜は、輪郭１１２と輪郭１１３との隙間の間隔Ｃの絶対値である。輪郭１１３は、開口部１３ａの内周壁の下縁の輪郭であり、輪郭１１２は、開口部１２ａの内周壁の下縁の輪郭である。 4 is a partially enlarged plan view showing the vicinity of the openings 12a and 13a of the piezoelectric film 12 and the second electrode 13 of FIG. FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG.
As will be described later, the opening 12a of the first piezoelectric film 12 is formed by wet etching using the second electrode 13 in which the opening 13a is formed as a hard mask. Therefore, in plan view, the opening 12a of the first piezoelectric film 12 is formed at the same position as the opening 13a of the second electrode 13, and has substantially the same shape and size as the opening 13a of the second electrode 13. Have As shown in FIG. 4 and FIG. 5, in a plan view, the gap interval between the contour 113 on the first piezoelectric film 12 side in the opening 13a and the contour 112 on the first electrode 11 side in the opening 12a is C. When the thickness of the first piezoelectric film 12 is D, | C | ≦ D. | C | is the absolute value of the gap C between the contour 112 and the contour 113. The contour 113 is the contour of the lower edge of the inner peripheral wall of the opening 13a, and the contour 112 is the contour of the lower edge of the inner peripheral wall of the opening 12a.

この実施形態では、各輪郭１１２，１１３の平面形状は、長方形状である。輪郭１１２の対向する２つの長辺の間隔をＡとし、輪郭１１３の対向する２つの長辺の間隔をＢとすると、輪郭１１２と輪郭１１３との隙間の間隔Ｃの絶対値｜Ｃ｜は、次式（１）によって求めることができる。
｜Ｃ｜＝｜Ｂ−Ａ｜／２ …（１）
輪郭１１２の対向する２つの短辺の間隔をＡとし、輪郭１１３の対向する２つの短辺の間隔をＢとし、前記式（１）にＡとＢを代入することによって、輪郭１１２と輪郭１１３との隙間の間隔Ｃの絶対値｜Ｃ｜を求めてもよい。 In this embodiment, the planar shape of each of the contours 112 and 113 is a rectangular shape. Assuming that the distance between two opposing long sides of the contour 112 is A and the distance between two opposing long sides of the contour 113 is B, the absolute value | C | of the gap C between the contour 112 and the contour 113 is It can be obtained by the following equation (1).
| C | = | B−A | / 2 (1)
An interval between two opposing short sides of the contour 112 is A, an interval between two opposing short sides of the contour 113 is B, and A and B are substituted into the equation (1), whereby the contour 112 and the contour 113 are substituted. The absolute value | C | of the gap C of the gap may be obtained.

なお、輪郭１１２，１１３が円形状である場合、つまり、開口部１２ａ，１３ａの平面視形状が円形状である場合には、輪郭１１２の直径をＡとし、輪郭１１３の直径をＢとし、前記式（１）にＡとＢを代入することによって、輪郭１１２と輪郭１１３との隙間の間隔Ｃの絶対値｜Ｃ｜を求めることができる。
図１〜図３に戻り、第１電極１１と、第２電極１３と、それらによって挟まれた第１圧電体膜１２とによって、第１圧電素子４Ａが構成されている。第２電極１３と、第３電極１５と、それらによって挟まれた第２圧電体膜１４とによって、第２圧電素子４Ｂが構成されている。つまり、圧電素子４は、第１圧電素子４Ａと、第２圧電素子４Ｂとを含んでいる。 When the contours 112 and 113 are circular, that is, when the planar view shape of the openings 12a and 13a is circular, the diameter of the contour 112 is A, the diameter of the contour 113 is B, By substituting A and B into equation (1), the absolute value | C | of the gap C between the contour 112 and the contour 113 can be obtained.
1 to 3, the first piezoelectric element 4 </ b> A is configured by the first electrode 11, the second electrode 13, and the first piezoelectric film 12 sandwiched between them. The second piezoelectric element 4B is configured by the second electrode 13, the third electrode 15, and the second piezoelectric film 14 sandwiched therebetween. That is, the piezoelectric element 4 includes a first piezoelectric element 4A and a second piezoelectric element 4B.

この実施形態では、第１圧電素子４Ａの第１圧電体膜１２と、第２圧電素子４Ｂの第２圧電体膜１４とは、互いに異なる材料から構成されている。第１圧電体膜１２および第２圧電体膜１４のうちのいずれか一方の圧電体膜の圧電歪定数ｄ３３は、他方の圧電体膜よりも小さく、前記一方の圧電体膜の圧電電圧定数ｇ３３は、前記他方の圧電体膜よりも大きいことが好ましい。 In this embodiment, the first piezoelectric film 12 of the first piezoelectric element 4A and the second piezoelectric film 14 of the second piezoelectric element 4B are made of different materials. The piezoelectric strain constant d 33 of one of the piezoelectric film of the first piezoelectric film 12 and the second piezoelectric film 14 is smaller than the other of the piezoelectric film, the piezoelectric voltage constant of the one of the piezoelectric film g 33 is preferably larger than the other piezoelectric film.

この実施形態では、第２圧電体膜１４としては、圧電歪定数ｄ３３が比較的大きなものが用いられている。一方、第１圧電体膜１２としては、圧電歪定数ｄ３３が第２圧電体膜１４よりも小さく、圧電電圧定数ｇ３３が、第２圧電体膜１４よりも大きいものが用いられている。言い換えれば、第２圧電体膜１４としては、圧電歪定数ｄ３３が第１圧電体膜１２よりも大きく、圧電電圧定数ｇ３３が第１圧電体膜１２よりも小さいものが用いられている。 In this embodiment, the second piezoelectric film 14, the piezoelectric strain constant d 33 is relatively large is used. On the other hand, the first piezoelectric film 12 has a piezoelectric strain constant d 33 smaller than that of the second piezoelectric film 14 and a piezoelectric voltage constant g 33 larger than that of the second piezoelectric film 14. In other words, as the second piezoelectric film 14, a film having a piezoelectric strain constant d 33 larger than that of the first piezoelectric film 12 and a piezoelectric voltage constant g 33 smaller than that of the first piezoelectric film 12 is used.

前述したように、この実施形態では、第１圧電体膜１２は、ＡｌＮ（アルミナイトライド）膜からなる。第１圧電体膜１２は、例えばＳｃ（スカンジウム）、Ｎｂ（ニオブ）およびＭｇ（マグネシウム）のうちの少なくとも１つの金属が添加されたＡｌＮ膜から構成されてもよい。
また、前述したように、この実施形態では、第２圧電体膜１４は、ＰＺＴ膜からなる。第２圧電体膜１４は、Ｐｂ（鉛）およびＴｉ（チタン）を含む、ＰＺＴ以外の強誘電性酸化物から構成されていてもよい。第２圧電体膜１４は、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９（タンタル酸ストロンチウムビスマス），ＦｅＢｉＯ３（鉄酸ビスマス）等のように、Ｂｉ（ビスマス）を含む強誘電性酸化物から構成されていてもよい。また、第２圧電体膜１４は、ＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）のように、Ｌｉ（リチウム）およびＮｂ（ニオブ）を含む強誘電性酸化物から構成されていてもよい。また、第２圧電体膜１４は、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３（ニオブ酸カリウム・ナトリウム）のように、Ｋ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）およびＮｂ（ニオブ）を含む強誘電性酸化物から構成されていてもよい。また、第２圧電体膜１４は、ＢａＴｉＯ３（チタン酸バリウム）のように、Ｂａ（バリウム）およびＴｉ（チタン）を含む強誘電性酸化物から構成されていてもよい。 As described above, in this embodiment, the first piezoelectric film 12 is made of an AlN (aluminum nitride) film. The first piezoelectric film 12 may be composed of, for example, an AlN film to which at least one metal of Sc (scandium), Nb (niobium), and Mg (magnesium) is added.
As described above, in this embodiment, the second piezoelectric film 14 is made of a PZT film. The second piezoelectric film 14 may be made of a ferroelectric oxide other than PZT, including Pb (lead) and Ti (titanium). Even if the second piezoelectric film 14 is made of a ferroelectric oxide containing Bi (bismuth), such as SrBi 2 Ta 2 O 9 (strontium bismuth tantalate), FeBiO 3 (bismuth ferrate), or the like. Good. The second piezoelectric film 14 may be made of a ferroelectric oxide containing Li (lithium) and Nb (niobium), such as LiNbO 3 (lithium niobate). The second piezoelectric film 14 is made of a ferroelectric oxide containing K (potassium), Na (sodium), and Nb (niobium), such as (K, Na) NbO 3 (potassium / sodium niobate). It may be configured. The second piezoelectric film 14 may be made of a ferroelectric oxide containing Ba (barium) and Ti (titanium), such as BaTiO 3 (barium titanate).

前述の圧電素子モジュール１は、超音波送受信装置として用いることができる。超音波送受信装置として用いる場合には、例えば第２圧電素子４Ｂにより超音波を対象物に向けて発射し、その反射波を第１圧電素子４Ａで受信することにより、対象物の有無や対象物までの距離を測定できる。
図６〜図１４は、圧電素子モジュール１の製造工程の一例を示す断面図であり、図２に対応する切断面を示す。 The piezoelectric element module 1 described above can be used as an ultrasonic transmission / reception device. When used as an ultrasonic transmission / reception device, for example, the second piezoelectric element 4B emits an ultrasonic wave toward an object, and the reflected wave is received by the first piezoelectric element 4A. Can be measured.
6-14 is sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of the piezoelectric element module 1, and shows the cut surface corresponding to FIG.

まず、図６に示すように、基板２の表面２ａの全面に振動板３が形成される。具体的には、スパッタ法によって、シリコン基板２の表面にＡｌＮ膜（例えば４５ｎｍ厚）が形成される。ただし、基板２としては、最終的な基板２の厚さより厚いものが用いられる。
次に、図７に示すように、スパッタ法によって、振動板３の表面の全面に、第１電極１１が形成される。第１電極１１は、Ｍｏ膜（例えば１００ｎｍ厚）からなる。この後、スパッタ法によって、第１電極１１の表面の全面に、第１圧電体膜１２の材料膜である第１圧電体材料膜５２が第１電極１１上の全面に形成される。第１圧電体材料膜５２は、ＡｌＮ膜（例えば１μｍ厚）からなる。 First, as shown in FIG. 6, the diaphragm 3 is formed on the entire surface 2 a of the substrate 2. Specifically, an AlN film (for example, 45 nm thick) is formed on the surface of the silicon substrate 2 by sputtering. However, the substrate 2 is thicker than the final substrate 2.
Next, as shown in FIG. 7, the first electrode 11 is formed on the entire surface of the diaphragm 3 by sputtering. The first electrode 11 is made of a Mo film (for example, 100 nm thick). Thereafter, a first piezoelectric material film 52 that is a material film of the first piezoelectric film 12 is formed on the entire surface of the first electrode 11 by sputtering. The first piezoelectric material film 52 is made of an AlN film (for example, 1 μm thick).

次に、図８に示すように、スパッタ法によって、第１圧電体材料膜５２の表面の全面に、第２電極１３の材料膜である第２電極膜５３が形成される。第２電極膜５３は、例えば、ＩｒＯ２膜（例えば５０ｎｍ厚）、Ｉｒ膜（例えば５０ｎｍ厚）、Ｔｉ膜（例えば２０ｎｍ厚）およびＰｔ膜（例えば２００ｎｍ厚）が、第１圧電体材料膜５２側からその順に積層されたＩｒＯ２／Ｉｒ／Ｔｉ／Ｐｔ積層膜である。 Next, as shown in FIG. 8, a second electrode film 53 that is a material film of the second electrode 13 is formed on the entire surface of the first piezoelectric material film 52 by sputtering. The second electrode film 53 is, for example, an IrO 2 film (for example, 50 nm thick), an Ir film (for example, 50 nm thick), a Ti film (for example, 20 nm thick), and a Pt film (for example, 200 nm thick). It is an IrO 2 / Ir / Ti / Pt laminated film laminated in that order from the side.

次に、図９に示すように、第２圧電体膜１４の材料膜である第２圧電体材料膜５４が第２電極膜５３の表面の全面に形成される。具体的には、例えばゾルゲル法によって、例えば１μｍ厚の第２圧電体材料膜５４が形成される。このような圧電体材料膜５４は、金属酸化物結晶粒の焼結体からなる。この後、第２圧電体材料膜５４の表面の全面に第３電極１５の材料膜である第３電極膜５５が形成される。第３電極膜５５は、例えばＩｒＯ２膜（例えば５０ｎｍ厚）を下層とし、Ｉｒ膜（例えば５０ｎｍ厚）を上層とするＩｒ０２／Ｉｒ積層膜からなる。このような第３電極膜５５は、例えばスパッタ法で形成される。 Next, as shown in FIG. 9, a second piezoelectric material film 54 that is a material film of the second piezoelectric film 14 is formed on the entire surface of the second electrode film 53. Specifically, the second piezoelectric material film 54 having a thickness of 1 μm, for example, is formed by a sol-gel method, for example. Such a piezoelectric material film 54 is made of a sintered body of metal oxide crystal grains. Thereafter, a third electrode film 55 that is a material film of the third electrode 15 is formed on the entire surface of the second piezoelectric material film 54. The third electrode film 55 is made of, for example, an IrO 2 / Ir laminated film having an IrO 2 film (for example, 50 nm thick) as a lower layer and an Ir film (for example, 50 nm thickness) as an upper layer. Such a third electrode film 55 is formed by sputtering, for example.

次に、図１０〜図１３に示すように、第３電極膜５５、第２圧電体材料膜５４、第２電極膜５３および第１圧電体材料膜５２のパターニングが行われる。まず、図１０に示すように、フォトリソグラフィによって、第３電極膜５５のパターンのレジストマスク６１が形成される。そして、このレジストマスク６１をマスクとして、第３電極膜５５がドライエッチングされることにより、所定パターンの第３電極１５が形成される。これにより、主電極部１５Ａおよび延長部１５Ｂからなる第３電極１５が得られる。   Next, as shown in FIGS. 10 to 13, the third electrode film 55, the second piezoelectric material film 54, the second electrode film 53, and the first piezoelectric material film 52 are patterned. First, as shown in FIG. 10, a resist mask 61 having a pattern of the third electrode film 55 is formed by photolithography. Then, by using the resist mask 61 as a mask, the third electrode film 55 is dry etched, whereby the third electrode 15 having a predetermined pattern is formed. Thereby, the 3rd electrode 15 which consists of main electrode part 15A and extension part 15B is obtained.

次に、図１１に示すように、レジストマスク６１が剥離された後、フォトリソグラフィによって、第２圧電体膜１４のパターンのレジストマスク６２が形成される。そして、このレジストマスク６２をマスクとして、第２圧電体材料膜５４がドライエッチングされることにより、所定パターンの第２圧電体膜１４が形成される。これにより、開口部１４ａ，１４ｂを有する第２圧電体膜１４が得られる。   Next, as shown in FIG. 11, after the resist mask 61 is peeled off, a resist mask 62 having a pattern of the second piezoelectric film 14 is formed by photolithography. Then, by using the resist mask 62 as a mask, the second piezoelectric material film 54 is dry-etched, whereby the second piezoelectric film 14 having a predetermined pattern is formed. Thereby, the second piezoelectric film 14 having the openings 14a and 14b is obtained.

次に、図１２に示すように、レジストマスク６２が剥離された後、フォトリソグラフィによって、第２電極１３のパターンのレジストマスク６３が形成される。そして、このレジストマスク６３をマスクとして、第２電極膜５３がドライエッチングされることにより、所定パターンの第２電極１３が形成される。これにより、開口部１３ａおよびパッド部１３ｂを有する第２電極１３が得られる。   Next, as shown in FIG. 12, after the resist mask 62 is peeled off, a resist mask 63 having a pattern of the second electrode 13 is formed by photolithography. Then, by using the resist mask 63 as a mask, the second electrode film 53 is dry-etched, whereby the second electrode 13 having a predetermined pattern is formed. Thereby, the 2nd electrode 13 which has the opening part 13a and the pad part 13b is obtained.

次に、図１３に示すように、レジストマスク６３が剥離された後、第２電極１３をハードマスクとして、第１圧電体材料膜５２がウエットエッチングされることにより、所定パターンの第１圧電体膜１２が形成される。エッチング液としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を含む水溶液が用いられる。これにより、開口部１２ａを有する第１圧電体膜１２が得られる。これにより、第１電極１１に開口部１２ａから露出するパッド部１１ａが形成される。   Next, as shown in FIG. 13, after the resist mask 63 is peeled off, the first piezoelectric material film 52 is wet-etched using the second electrode 13 as a hard mask, whereby the first piezoelectric material having a predetermined pattern is obtained. A film 12 is formed. As the etching solution, for example, an aqueous solution containing tetramethylammonium hydroxide (TMAH) is used. Thereby, the first piezoelectric film 12 having the opening 12a is obtained. Thereby, the pad part 11a exposed from the opening part 12a is formed in the first electrode 11.

次に、図１４に示すように、基板２の裏面２ｂに、フォトリソグラフィによって、開口部５に対応した開口６４ａを有するレジストマスク６４が形成される。そして、このレジストマスク６４をマスクとして、基板２が裏面からドライエッチングされることにより、基板２に開口部５が形成される。次に、レジストマスク６４が剥離された後、基板２が裏面２ｂから研磨されることにより、基板２が薄膜化される。例えば、初期状態で６２５μｍ厚程度の基板２が、３００μｍ厚程度に薄型化されてもよい。これにより、図１〜図５に示される圧電素子モジュール１が得られる。   Next, as shown in FIG. 14, a resist mask 64 having an opening 64a corresponding to the opening 5 is formed on the back surface 2b of the substrate 2 by photolithography. Then, using this resist mask 64 as a mask, the substrate 2 is dry-etched from the back surface, whereby the opening 5 is formed in the substrate 2. Next, after the resist mask 64 is peeled off, the substrate 2 is polished from the back surface 2b, whereby the substrate 2 is thinned. For example, the substrate 2 having a thickness of about 625 μm in the initial state may be thinned to a thickness of about 300 μm. Thereby, the piezoelectric element module 1 shown in FIGS. 1 to 5 is obtained.

以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の実施形態で実施することもできる。例えば、前述の実施形態では、第２圧電体膜１４としては、圧電歪定数ｄ３３が第１圧電体膜１２よりも大きく、圧電電圧定数ｇ３３が第１圧電体膜１２よりも小さいものが用いられている。しかし、第２圧電体膜１４として、圧電歪定数ｄ３３が第１圧電体膜１２よりも小さく、圧電電圧定数ｇ３３が第１圧電体膜１２よりも大きいものを用いてもよい。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented in another embodiment. For example, in the above-described embodiment, the second piezoelectric film 14 has a piezoelectric strain constant d 33 larger than that of the first piezoelectric film 12 and a piezoelectric voltage constant g 33 smaller than that of the first piezoelectric film 12. It is used. However, the second piezoelectric film 14 may have a piezoelectric strain constant d 33 smaller than that of the first piezoelectric film 12 and a piezoelectric voltage constant g 33 larger than that of the first piezoelectric film 12.

また、前述の実施形態では、圧電素子４は、第１圧電素子４Ａと、第２圧電素子４Ｂとを含んでいるが、圧電素子４は、第１圧電素子４Ａのみを含み、圧電素子４Ｂを含んでいなくてもよい。つまり、圧電素子４は、第１電極１１、第１圧電体膜１２および第２電極１３を含んでいればよく、第２圧電体膜１４および第３電極１５を含んでいなくてもよい。この場合、第２電極１３は、第１電極１１と同様にＭｏから構成されていてもよい。   In the above-described embodiment, the piezoelectric element 4 includes the first piezoelectric element 4A and the second piezoelectric element 4B. However, the piezoelectric element 4 includes only the first piezoelectric element 4A and includes the piezoelectric element 4B. It does not have to be included. That is, the piezoelectric element 4 only needs to include the first electrode 11, the first piezoelectric film 12, and the second electrode 13, and does not need to include the second piezoelectric film 14 and the third electrode 15. In this case, the second electrode 13 may be made of Mo similarly to the first electrode 11.

この発明による圧電素子は、超音波送受信装置の他、超音波受信装置、超音波送信装置、圧電トランス等にも利用することができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 The piezoelectric element according to the present invention can be used not only for an ultrasonic transmission / reception device but also for an ultrasonic reception device, an ultrasonic transmission device, a piezoelectric transformer, and the like.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

１ 圧電素子モジュール
２ 基板
２ａ 表面
２ｂ 裏面
３ 振動板
４ 圧電素子
５ 開口部
１１ 第１電極
１１ａ パッド部
１２ 第１圧電体膜
１２ａ 開口部
１３ 第２電極
１３ａ 開口部
１３ｂ パッド部
１４ 第２圧電体膜
１４ａ 開口部
１４ｂ 開口部
１５ 第３電極
１５Ａ 主電極部
１５Ｂ 延長部
１５Ｂａ パッド部
２１ ＩｒＯｘ膜
２２ Ｉｒ層
２３ Ｔｉ膜
２４ Ｐｔ膜
５２ 第１圧電体材料膜
５３ 第２電極膜
５４ 第２圧電体材料膜
５５ 第３電極膜
１１２ 輪郭
１１３ 輪郭 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric element module 2 Board | substrate 2a Front surface 2b Back surface 3 Diaphragm 4 Piezoelectric element 5 Opening part 11 1st electrode 11a Pad part 12 1st piezoelectric film 12a Opening part 13 2nd electrode 13a Opening part 13b Pad part 14 2nd piezoelectric body Film 14a Opening 14b Opening 15 Third electrode 15A Main electrode 15B Extension 15Ba Pad 21 IrOx film 22 Ir layer 23 Ti film 24 Pt film 52 First piezoelectric material film 53 Second electrode film 54 Second piezoelectric body Material film 55 Third electrode film 112 Outline 113 Outline

Claims (12)

第１電極と、
前記第１電極の一方の表面に形成され、ＡｌＮを主成分とする材料からなる圧電体膜と、
前記圧電体膜における前記第１電極側とは反対側の表面に配置された第２電極とを含み、
前記第２電極には、第１電極にコンタクトをとるために、厚さ方向に貫通する第１開口部が形成され、
前記圧電体膜には、前記第１開口部に連通しかつ厚さ方向に貫通する第２開口部が形成されており、
前記第１電極の表面に対して法線方向から見た平面視において、前記第１開口部と前記第２開口部の形状および大きさがほぼ等しい、圧電素子。 A first electrode;
A piezoelectric film formed on one surface of the first electrode and made of a material mainly composed of AlN;
A second electrode disposed on the surface of the piezoelectric film opposite to the first electrode,
In the second electrode, a first opening penetrating in the thickness direction is formed in order to make contact with the first electrode,
The piezoelectric film is formed with a second opening that communicates with the first opening and penetrates in the thickness direction.
A piezoelectric element, wherein the first opening and the second opening have substantially the same shape and size in a plan view as viewed from the normal direction with respect to the surface of the first electrode. 前記平面視において、前記第１開口部における前記圧電体膜側の輪郭を第１輪郭とし、前記第２開口部における前記第１電極側の輪郭を第２輪郭とすると、前記第１輪郭と前記第２輪郭との隙間の間隔の絶対値が、前記圧電体膜の厚さ以下である、請求項１に記載の圧電素子。   In the plan view, when the first film-side contour of the first opening is the first contour, and the second electrode-side contour of the second opening is the second contour, the first contour and the 2. The piezoelectric element according to claim 1, wherein an absolute value of a gap distance from the second contour is equal to or less than a thickness of the piezoelectric film. 前記第１輪郭および前記第２輪郭の平面形状が矩形であり、前記第１輪郭の４辺のうちの対向する所定の２辺の間隔をＡとし、前記第２輪郭の４辺のうち、前記所定の２辺に対応する２辺の間隔をＢとすると、前記第１輪郭と前記第２輪郭との隙間の間隔の絶対値は、（｜Ｂ−Ａ｜／２）で表される、請求項２に記載の圧電素子。   The planar shape of the first contour and the second contour is a rectangle, and an interval between predetermined two sides facing each other among the four sides of the first contour is A, and among the four sides of the second contour, The absolute value of the gap interval between the first contour and the second contour is represented by (| B−A | / 2), where B is an interval between two sides corresponding to two predetermined sides. Item 3. The piezoelectric element according to Item 2. 前記ＡｌＮを主成分とする材料からなる圧電体膜を第１圧電体膜とすると、
前記第２電極における前記第１圧電体膜側とは反対側の表面に形成され、前記第１圧電体膜とは異なる材料からなる第２圧電体膜と、
前記第２圧電体膜上に形成された第３電極とをさらに含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電素子。 When the piezoelectric film made of the material containing AlN as a main component is the first piezoelectric film,
A second piezoelectric film formed on a surface opposite to the first piezoelectric film side of the second electrode and made of a material different from the first piezoelectric film;
The piezoelectric element according to claim 1, further comprising a third electrode formed on the second piezoelectric film. 前記第１圧電体膜および前記第２圧電体膜のうちのいずれか一方の圧電体膜の圧電歪定数は、他方の圧電体膜よりも小さく、前記一方の圧電体膜の圧電電圧定数は、前記他方の圧電体膜よりも大きい、請求項４に記載の圧電素子。   The piezoelectric strain constant of one of the first piezoelectric film and the second piezoelectric film is smaller than the other piezoelectric film, and the piezoelectric voltage constant of the one piezoelectric film is The piezoelectric element according to claim 4, wherein the piezoelectric element is larger than the other piezoelectric film. 前記第１圧電体膜は、ＡｌＮ膜またはＳｃ、ＮｂおよびＭｇのうちの少なくとも１つの金属が添加されたＡｌＮ膜からなり、第２圧電体膜は、ＰＺＴ膜からなる、請求項５に記載の圧電素子。   The first piezoelectric film is an AlN film or an AlN film to which at least one of Sc, Nb, and Mg is added, and the second piezoelectric film is a PZT film. Piezoelectric element. 前記第１電極は、Ｍｏからなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電素子。   The piezoelectric element according to claim 1, wherein the first electrode is made of Mo. 前記圧電体膜上に形成された前記第２電極は、ＩｒＯ２膜、Ｉｒ膜、Ｔｉ膜およびＰｔ膜が、当該圧電体膜側からその順に積層されたＩｒＯ２／Ｉｒ／Ｔｉ／Ｐｔ積層膜である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧電素子。 The second electrode formed on the piezoelectric film, IrO 2 film, Ir film, Ti film and Pt film, IrO 2 / Ir / Ti / Pt laminated film laminated from the piezoelectric film side in this order The piezoelectric element according to any one of claims 1 to 7, wherein 第１電極上に、ＡＩＮを主成分とする圧電体膜を形成する工程と、
前記圧電体膜における前記第１電極側とは反対側の表面に第２電極を形成する工程と、
前記第１電極にコンタクトをとるために、前記第２電極に厚さ方向に貫通する第１開口部を形成する工程と、
前記第２電極をハードマスクとして、前記圧電体膜をウエットエッチングすることにより、前記圧電体膜に前記第１開口部に連通し厚さ方向に貫通する第２開口部を形成する工程とを含む、圧電素子の製造方法。 Forming a piezoelectric film mainly composed of AIN on the first electrode;
Forming a second electrode on the surface of the piezoelectric film opposite to the first electrode;
Forming a first opening penetrating in a thickness direction in the second electrode in order to contact the first electrode;
Forming a second opening that communicates with the first opening and penetrates in the thickness direction by wet etching the piezoelectric film using the second electrode as a hard mask. A method for manufacturing a piezoelectric element. 前記第２開口部を形成する工程において、ＴＭＡＨを含む水溶液がエッチング液として用いられる、請求項９に記載の圧電素子の製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 9, wherein an aqueous solution containing TMAH is used as an etching solution in the step of forming the second opening. 第１電極上に、ＡＩＮを主成分とする第１圧電体膜を形成する工程と、
前記第１圧電体膜における前記第１電極側とは反対側の表面に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極における前記第１圧電体膜側とは反対側の表面に、前記第１圧電体膜とは異なる材料からなる第２圧電体膜を形成する工程と、
前記第２圧電体膜における前記第２電極側とは反対側の表面に第３電極を形成する工程と、
前記第２電極にコンタクトをとるために、前記第２圧電体膜に厚さ方向に貫通する第１開口部を形成するとともに、前記第１電極にコンタクトをとるために前記第２圧電体膜に厚さ方向に貫通する第２開口部を形成する工程と、
前記第２電極のうち、前記第２開口部によって表面が露出している領域内に、前記第２開口部に連通しかつ厚さ方向に貫通する第３開口部を形成する工程と、
前記第２電極をハードマスクとして、前記圧電体膜をウエットエッチングすることにより、前記圧電体膜に前記第３開口部に連通し厚さ方向に貫通する第４開口部を形成する工程とを含む、圧電素子の製造方法。 Forming a first piezoelectric film mainly composed of AIN on the first electrode;
Forming a second electrode on the surface of the first piezoelectric film opposite to the first electrode;
Forming a second piezoelectric film made of a material different from the first piezoelectric film on a surface of the second electrode opposite to the first piezoelectric film;
Forming a third electrode on a surface of the second piezoelectric film opposite to the second electrode side;
A first opening penetrating in the thickness direction is formed in the second piezoelectric film to make contact with the second electrode, and the second piezoelectric film is made to make contact with the first electrode. Forming a second opening penetrating in the thickness direction;
Forming a third opening that communicates with the second opening and penetrates in the thickness direction in a region of the second electrode in which the surface is exposed by the second opening;
Forming a fourth opening that communicates with the third opening and penetrates in the thickness direction by wet etching the piezoelectric film using the second electrode as a hard mask. A method for manufacturing a piezoelectric element. 前記第４開口部を形成する工程において、ＴＭＡＨを含む水溶液がエッチング液として用いられる、請求項１１に記載の圧電素子の製造方法。   The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 11, wherein an aqueous solution containing TMAH is used as an etchant in the step of forming the fourth opening.
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