JP2019022075A - 圧電振動子および圧電振動子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧電体としての窒化アルミニウム層の浸食を防止して面粗さを維持する圧電振動子及び圧電振動子の製造方法を提供する。【解決手段】圧電振動子は、基板（ＳＯＩ基板１０）と、ＳＯＩ基板１０の上層に位置する下地層（シリコン酸化膜１５）と、シリコン酸化膜１５の上層に位置する下部電極５２と、下部電極５２の上層に位置する窒化アルミニウム層５３と、窒化アルミニウム層５３の上層に位置するアモルファスのアルミナ層５４と、アルミナ層５４の上層に位置する上部電極５５と、を有することを特徴とする。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、圧電体を用いた圧電振動子及びその製造方法に関する。

従来、圧電振動子は、振動体と圧電駆動部とを含んで構成されている。振動体は、例えば、固定部と、該固定部から延在する振動腕部（アーム（腕）又はビーム（梁）とも呼ばれている）とを含み、音叉型の振動体として構成されている。圧電駆動部は、例えば、振動体の上面で、２つの電極間に圧電体を含んで構成されている。そして、圧電振動子は、圧電駆動部の電極間への交流電圧の印加により圧電体が伸縮することで、振動体の振動腕部を振動させる。なお、圧電振動子は、複数の振動腕部を異なる位相で振動させること等も行われる。

特許文献１の圧電薄膜デバイス（圧電振動子）では、基板と下部電極と圧電薄膜（圧電体）と上部電極とが積層状態で設けられている。そして、基板にはキャビティーが形成され、少なくともキャビティーから露出される部位に調整部を設けることで、圧電薄膜及び上下部電極と基板との間に絶縁材を設ける必要がなく、圧電薄膜デバイスの低背化（薄型化）を図れることが開示されている。

特開２００８−１７７７５０号公報

特許文献１も含め、圧電振動子の製造工程において、圧電体としての窒化アルミニウム層をエッチング等により形成した後、形成に使用したレジストマスクを剥離する際、剥離液により、窒化アルミニウム層の上面が浸食され、窒化アルミニウム層の表面粗さが粗くなり、また、被覆性が低下するという課題があった。この状態で、窒化アルミニウム層の上面に上部電極を形成した場合、上部電極の断線等の不具合が発生しやすくなってしまう。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る圧電振動子は、基板と、基板の上層に位置する下地層と、下地層の上層に位置する下部電極と、下部電極の上層に位置する窒化アルミニウム層と、窒化アルミニウム層の上層に位置するアモルファスのアルミナ層と、アルミナ層の上層に位置する上部電極と、を有することを特徴とする。

従来の圧電振動子の構成としては、基板の上層に、下地層、下部電極、圧電体、上部電極がこの順番に積層される。しかし、本適用例の圧電振動子は、圧電体としての窒化アルミニウム層と上部電極との間にアモルファスのアルミナ層を有する構成となっている。この構成により、圧電体としての窒化アルミニウム層と、アモルファスのアルミナ層とを形成した後、形成に使用したレジストマスクを剥離する際、窒化アルミニウム層は浸食されずに、その上層に位置するアルミナ層が浸食される。また、アルミナ層はアモルファスであるため、膜厚分布や膜質が良く、剥離液等に浸食されても表面には凹凸が発生しにくく、一様に浸食された状態となり、良好な被覆性を維持することができる。従って、圧電体としての窒化アルミニウム層の浸食を防止して面粗さを維持させることができる。また、アルミナ層により、上部電極の形成時における被覆性も維持することができる。

［適用例２］上記適用例に係る圧電振動子において、アルミナ層は、アトミックレイヤー法を用いて形成されることが好ましい。

本適用例の圧電振動子によれば、アトミックレイヤー法を用いてアルミナ層を形成することにより、成膜時における膜厚の制御が高精度に行える。これにより、アルミナ層の膜厚を、製造工程中の浸食に最低限耐えられる膜厚に設定することにより、アルミナ層による電気抵抗等の影響を極力小さくすることができる。従って、アルミナ層を有することによる電気的特性への影響の低減と、構造的特性の向上という、相反する課題をバランスよく高いレベルで両立させることができる。

［適用例３］上記適用例に係る圧電振動子において、アルミナ層の残存厚みは、２．５ｎｍ以上であることが好ましい。

本適用例の圧電振動子によれば、アルミナ層の残存厚みが、２．５ｎｍ以上であることにより、圧電体としての窒化アルミニウム層の浸食を防止することができる。また、アルミナ層を有することによる電気的特性への影響を低減することができ、アルミナ層の良好な被覆性も維持することができる。なお、残存厚みとは、圧電振動子の製造工程が終了した際、最終的に残存しているアルミナ層の厚さを言う。

［適用例４］本適用例に係る圧電振動子の製造方法は、基板と下地層と電極と窒化アルミニウム層とを有する圧電振動子の製造方法であって、窒化アルミニウム層を形成するための窒化アルミニウムを成膜する窒化アルミニウム成膜工程と、窒化アルミニウム成膜工程の後に、アモルファスのアルミナを成膜するアルミナ成膜工程と、アルミナ成膜工程の後に、窒化アルミニウム層とアルミナ層とを形成させるレジストマスクを形成してエッチングを行うエッチング工程と、エッチング工程の後に、レジストマスクを剥離する剥離工程と、を有することを特徴とする。

本適用例の圧電振動子の製造方法によれば、窒化アルミニウム成膜工程で窒化アルミニウムを成膜した後、アルミナ成膜工程で、アモルファスのアルミナを成膜する。そして、エッチング工程で、窒化アルミニウム層とアルミナ層とを形成させる。これにより、その後、剥離工程で、レジストマスクを剥離する際、窒化アルミニウム層は浸食されずに、アルミナ層が浸食される。なお、アルミナ層はアモルファスであるため、膜厚分布や膜質が良く、剥離液等に浸食されても表面には凹凸が発生しにくく、一様に浸食された状態となり、良好な被覆性を維持することができる。従って、圧電体としての窒化アルミニウム層の浸食を防止して面粗さを維持させることができ、また、アルミナ層により、上部電極の形成時における被覆性も維持する圧電振動子を製造することができる。

［適用例５］上記適用例に係る圧電振動子の製造方法において、アルミナ成膜工程では、アトミックレイヤー法を用いることが好ましい。

本適用例の圧電振動子の製造方法によれば、アルミナ成膜工程で、アトミックレイヤー法を用いてアルミナを成膜することにより、成膜時における膜厚の制御が高精度に行える。これにより、アルミナ層の膜厚を、製造工程中の浸食に最低限耐えられる膜厚に設定することにより、アルミナ層による電気抵抗等の影響を極力小さくすることができる。従って、本適用例の圧電振動子の製造方法によれば、アルミナ層を有することによる電気的特性への影響の低減と、構造的特性の向上という、相反する課題をバランスよく高いレベルで両立させる圧電振動子を製造することができる。

本発明の実施形態に係る圧電振動子を示す図。 本発明の実施形態に係る圧電振動子を示す図。 本発明の実施形態に係る圧電振動子を示す図。 圧電振動子の製造工程における平面図。 圧電振動子の製造工程における平面図。 圧電振動子の製造工程における平面図。 圧電振動子の製造工程における平面図。 圧電振動子の製造工程（第２の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第３の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第４の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第５の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第６の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第７の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第８の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第９の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第１０の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第１１の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第１２の工程）における断面図。 圧電振動子の製造工程（第１３の工程）における断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する。また、各図面における各部材は、図面上で認識可能な大きさとするために各部材毎に尺度を実際とは異ならせて図示している。

〔実施形態〕
図１Ａ〜図１Ｃは、本発明の実施形態に係る圧電振動子を示す平面図である。また、図１Ｂは、図１Ａに示すＢ−Ｂ'における断面図であり、図１Ｃは、図１Ａに示すＣ−Ｃ'における断面図である。ただし、断面の背景を示す線は省略している。

この圧電振動子は、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１０を加工することによって製造される。ＳＯＩ基板１０は、基層（シリコン基板）１１と、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Buried Oxide）１２と、表面シリコン層１３とが、この順で積層された基板である。例えば、シリコン基板１１及び表面シリコン層１３は、単結晶シリコンで構成され、埋め込み酸化膜１２は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂等）で構成される。

図１Ａ〜図１Ｃに示すように、圧電振動子は、シリコン基板１１と、シリコン基板１１の一部の領域に配置されたシリコン酸化膜（埋め込み酸化膜）１２と、表面シリコン層１３のシリコンで構成された振動体２０と、振動体２０の所定の領域に配置された下地層としてのシリコン酸化膜１５（温度特性調整膜３０として機能する）と、振動体２０との間でシリコン酸化膜１５を覆う圧電駆動部５０とを含んでいる。

振動体２０は、埋め込み酸化膜１２によって支持された固定部２１と、埋め込み酸化膜１２が除去された領域上において溝（トレンチ）１３ａによって固定部２１以外の周囲のシリコンから分離された振動腕部２２とを有している。図１Ａ〜図１Ｃに示す例においては、振動体２０が３つの振動腕部２２を有している。振動腕部２２の下方におけるシリコン基板１１には、キャビティー１１ａが形成されている。

圧電駆動部５０は、アモルファスシリコン膜５１と、下部電極５２と、圧電体（窒化アルミニウム層５３）と、アルミナ層５４と、上部電極５５と、複数の配線５６等を含んで構成されている。本実施形態においては、アモルファスシリコン膜５１が、振動体２０との間でシリコン酸化膜１５（温度特性調整膜３０）を覆っている。これにより、アモルファスシリコン膜５１が、圧電駆動部５０の周囲の酸化膜のエッチングから温度特性調整膜３０を保護している。

下部電極５２及び上部電極５５は、圧電体（窒化アルミニウム層５３）を挟むように配置されている。図１Ａ〜図１Ｃに示す例においては、３つの振動腕部２２に対応して、３組の下部電極５２、上部電極５５及び圧電体（窒化アルミニウム層５３）が設けられている。複数の配線５６は、隣り合う振動腕部２２を逆相で振動させるように、下部電極５２及び上部電極５５に電気的に接続されている。なお、圧電体は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成され、下部電極５２及び上部電極５５は、窒化チタン（ＴｉＮ）等で構成され、複数の配線５６は、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等で構成される。

下部電極５２及び上部電極５５との間に電圧が印加されると、それによって圧電体（窒化アルミニウム層５３）が伸縮して振動腕部２２が振動する。その振動は固有の共振周波数において大きく励起されて、圧電振動子が負性抵抗として動作する。その結果、この圧電振動子を用いた発振器が、主に振動腕部２２の共振周波数によって決定される発振周波数で発振する。

温度特性調整膜３０は、振動腕部２２の共振周波数の温度特性を補償するために設けられている。シリコンは、温度が高くなるにつれて低下する共振周波数を有しており、一方、シリコン酸化膜は、温度が高くなるにつれて上昇する共振周波数を有している。従って、シリコンの振動体２０上にシリコン酸化膜である温度特性調整膜３０を配置することにより、振動体２０の振動腕部２２と温度特性調整膜３０とで構成される複合体の共振周波数の温度特性をフラットに近付けることができる。

本実施形態によれば、振動体２０の所定の領域に配置された温度特性調整膜３０が圧電駆動部５０によって覆われるので、振動腕部２２を分離する溝（トレンチ）１３ａに起因する大きな段差を埋めるようにシリコン酸化膜を形成しても、圧電駆動部５０の周囲の酸化膜をエッチングによって自己整合的に除去することができる。

なお、本発明の特徴は、圧電体としての窒化アルミニウム層５３と上部電極５５との間に、アルミナ層５４を設けていることである。後述するが、下部電極５２を形成した後、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を成膜し、その上層に、アトミックレイヤー法を用いてアモルファスのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を成膜している。そして、レジストマスク６０（図３Ｇ）を形成してエッチングすることで、窒化アルミニウム層５３と、アルミナ層５４とを形成している。

そして、圧電体としての窒化アルミニウム層５３と、アルミナ層５４とを形成した後、形成に使用したレジストマスク６０を剥離する際には、窒化アルミニウム層５３ではなくアルミナ層５４が浸食されることになる。本実施形態では、アルミナ層５４の膜厚を適宜設定することにより、浸食されても、薄く残る膜厚設定としている。また、アルミナ層５４は、アモルファスに形成されるため、剥離液で浸食されても表面は凹凸が発生しにくく、一様に浸食された状態となり、被覆性が維持される。

なお、窒化アルミニウム層５３と上部電極５５との間にアルミナ層５４を有する（残す）ことにより、圧電振動子として、電気的には抵抗値が変化することになる。しかし、窒化アルミニウム層５３の表面粗さを確保して、アルミナ層５４を取り去ることは製造上難しさを伴う。従って、最終的にアルミナ層５４が薄く残ることで、抵抗値が変化しても、電気的に影響を与えないレベルとなるように、アルミナ層５４の膜厚を設定している。

本実施形態では、アルミナ層５４の残存厚みが２．５ｎｍ〜３．０ｎｍとなるように膜厚を設定している。なお、残存厚みとは、圧電振動子の製造工程中にアルミナ層５４が浸食されて製造工程が終了した際に、最終的に残存しているアルミナ層５４の厚さを言う。

＜圧電振動子の製造方法＞
次に、図１Ａ〜図１Ｃに示す圧電振動子の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｄ、図３Ａ〜図３Ｌを参照して説明する。
図２Ａ〜図２Ｄは、本実施形態に係る圧電振動子の製造工程における平面図であり、図３Ａ〜図３Ｌは、本実施形態に係る圧電振動子の製造工程における断面図である。図３Ａ〜図３Ｌには、図２Ａに示すIII−IIIにおける圧電振動子の断面が示されているが、断面の背景を示す線は省略されている。また、図３Ｅ〜図３Ｌは、図３Ａ〜図３Ｄにおける振動体２０（振動腕部２２）及び圧電駆動部５０の領域を、説明の便宜上、拡大した断面図として図示している。

まず、準備工程として、図３Ａに示すように、基層（シリコン基板）１１と、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：Buried Oxide）１２と、表面シリコン層１３とが、この順で積層されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板１０を用意する。あるいは、シリコン基板１１上に埋め込み酸化膜１２を形成し、埋め込み酸化膜１２上に表面シリコン層１３を形成して、ＳＯＩ基板１０を作製しても良い。

次に、第１の工程において、図２Ａに示すように、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３に、振動体２０の振動腕部２２となる領域を振動体２０の固定部２１となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝（トレンチ）１３ａが形成される。その際に、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３の溝１３ａによって振動体２０の振動腕部２２から分離される領域に、スリット１３ｂが形成されても良い。これにより、後に行われる振動腕部２２の周囲のシリコンのリリースエッチングを容易とすることができる。

溝１３ａの形成方法を説明する。例えば、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３の表面を熱酸化することにより、シリコン酸化膜が形成される。次に、このシリコン酸化膜上にフォトリソグラフィー法によってフォトレジストを設けて、フォトレジストをマスクとしてシリコン酸化膜をドライエッチングすることにより、振動体２０の振動腕部２２となる領域に沿った開口を有するハードマスク（図示省略）が形成される。このハードマスクを用いて表面シリコン層１３をエッチングすることにより、表面シリコン層１３に、振動体の振動腕部２２となる領域を振動体の固定部２１となる領域以外の周囲のシリコンから分離する溝１３ａが形成される。

第２の工程において、図３Ａに示すように、表面シリコン層１３の溝１３ａ内及び上面に、シリコン酸化膜１５が形成される。なお、このシリコン酸化膜１５が、基板（ＳＯＩ基板１０）の上層に位置する下地層となる。

本実施形態では、ＳＯＩ基板１０の表面シリコン層１３を熱酸化することにより、表面シリコン層１３の溝１３ａの側壁にシリコン酸化膜が形成される。この熱酸化膜は、後に行われる振動腕部２２の周囲のシリコンのリリースエッチングから振動腕部２２及び圧電駆動部５０を保護する保護壁となる。また、表面シリコン層１３の溝１３ａを埋めるシリコン酸化膜が、ＣＶＤ（化学気相成長法）によって形成される。この第２の工程により、第１の工程で形成された溝１３ａが、これらのシリコン酸化膜１５によって埋められて表面がほぼ平坦となるため、この後のフォトリソグラフィー工程への溝段差（凹部）による悪影響を排除することができる。

なお、第１の工程において熱酸化膜を形成せずに、表面シリコン層１３上にフォトリソグラフィー法によってフォトレジストを設けて、フォトレジストをマスクとして表面シリコン層１３をエッチングすることにより、溝１３ａを形成しても良い。また、第２の工程において熱酸化膜を形成せずに、熱ＣＶＤによってシリコン酸化膜１５を形成しても良いし、又は、熱ＣＶＤとプラズマＣＶＤとの２段階のＣＶＤによってシリコン酸化膜１５を形成しても良い。

第３の工程において、図３Ｂに示すように、振動体２０（表面シリコン層１３）に達する溝１５ａをシリコン酸化膜１５に形成することにより、振動体２０の所定の領域に形成されたシリコン酸化膜１５が、周囲のシリコン酸化膜１５から分離される。なお、溝１５ａは、振動体２０の振動腕部２２の上面となる少し内側に形成される。

また、図２Ｂ、図３Ｂに示すように、シリコン酸化膜１５に形成された溝１５ａ、及び上面に対して、アモルファスシリコン膜５１がＣＶＤにより形成される。このアモルファスシリコン膜５１により、シリコン酸化膜１５に形成された溝１５ａが埋められる。なお、振動腕部２２の上面に形成されるシリコン酸化膜１５は、後に温度特性調整膜３０として機能する。

第４の工程において、図３Ｃに示すように、後に行われる下部電極５２を形成する領域を含め、フォトリソグラフィー法によってフォトレジストを設けて、フォトレジストをマスクとしてアモルファスシリコン膜５１がエッチングされて開口する。

第５の工程において、図３Ｄに示すように、全面に窒化チタン（ＴｉＮ）を成膜し、フォトレジストをマスクとしてエッチングすることにより、下部電極５２が形成される。なお、この下部電極５２が、下地層としてのシリコン酸化膜１５の上層に位置することになる。

第６の工程において、図３Ｅに示すように、全面に、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）を用いたプラズマＣＶＤによる酸化膜（以降、ＴＥＯＳ膜７０と称する）を形成する。その後、フォトレジストをマスクとしてエッチングすることにより、圧電体を構成する領域等を開口させる。

第７の工程において、図３Ｆに示すように、全面に、後に圧電体として機能する窒化アルミニウム層５３を形成する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）がプラズマＣＶＤにより成膜される。なお、窒化アルミニウムは結晶配向膜として形成される。また、窒化アルミニウムの上面に、後にアルミナ層５４を形成するアモルファスのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）がアトミックレイヤー法により成膜される。そして、アルミナの上面に、レジストマスク６０を形成するためのレジストが塗布される。

なお、第７の工程において、窒化アルミニウムを成膜することが窒化アルミニウム成膜工程に対応する。また、第７の工程において、アモルファスのアルミナを成膜することがアルミナ成膜工程に対応する。そして、このアルミナ成膜工程では、アトミックレイヤー法を用いている。

第８の工程において、図３Ｇに示すように、塗布されたレジストはパターニング（露光/現像）によりレジストマスク６０が形成された後、エッチングにより、所定のパターン形状にアルミナ層５４及び窒化アルミニウム層５３が形成される。その後、レジストマスク６０は剥離される。なお、アルミナ層５４は、レジストマスク６０を剥離する際に浸食される。

この窒化アルミニウム層５３が、下部電極５２の上層に位置することになる。そして、このアルミナ層５４が、窒化アルミニウム層５３の上層に位置することになる。また、レジストマスク６０を形成してエッチングを行い、窒化アルミニウム層５３とアルミナ層５４とを形成させることがエッチング工程に対応する。また、このエッチング工程の後に、レジストマスク６０を剥離することが剥離工程に対応する。

なお、本実施形態のアルミナ層５４の膜厚は、上述した浸食に耐えられる膜厚に設定している。なお、アルミナ層５４の膜厚設定は、アトミックレイヤー法を用いることにより、成膜時における膜厚の制御が高精度に行えることを利用している。また、アルミナ層５４は、アモルファスであるため、膜厚分布や膜質が良く、剥離液等に浸食されても表面には凹凸が発生しにくく、一様に浸食された状態となり、良好な被覆性が維持される。

本実施形態では、アルミナ層５４は、浸食に対して最終的にわずかに残る膜厚の設定としている。なお、アルミナ層５４が浸食されて最終的に残る膜厚（これを残存厚みと言う）として、本実施形態では、残存厚み：２．５ｎｍ〜３．０ｎｍとしている。また、この残存厚みとなるように初期的な膜厚を設定している。

第８の工程により、窒化アルミニウム層５３とアルミナ層５４とが形成された後、第９の工程において、全面に窒化チタン（ＴｉＮ）を成膜し、レジストマスク６１を形成してエッチングする。これにより、図３Ｈに示すように、上部電極５５が形成される。その後、レジストマスク６１は剥離される。なお、この上部電極５５が、アルミナ層５４の上層に位置することになる。

アルミナ層５４が浸食される場合を説明する。
上述したように、第８の工程において、アルミナ層５４及び窒化アルミニウム層５３を形成した後のレジストマスク６０の剥離の際に、アルミナ層５４は上面全体が浸食される。また、第９の工程において、レジストマスク６１を用いて上部電極５５をエッチングにより形成する際、例えば、上部電極５５がアルミナ層５４の内側に位置するような場合、アルミナ層５４の上面に上部電極５５が位置しない領域において、アルミナ層５４が浸食される。また、レジストマスク６１を剥離する際にも、アルミナ層５４の上面に上部電極５５が位置しない領域において、アルミナ層５４が浸食される。

アルミナ層５４の浸食において、第８の工程における、アルミナ層５４を形成した後のレジストマスク６０の剥離の際のアルミナ層５４の浸食が、最も窒化アルミニウム層５３の機能（圧電振動子の機能）に影響を与えることになる。これらの浸食を加味して、本実施形態では、アルミナ層５４は、浸食に対して最終的にわずかに残る膜厚となるように設定し、窒化アルミニウム層５３が浸食されることを防止している。

ここで、発明者による窒化アルミニウム層５３の表面粗さに関する実験結果によると、窒化アルミニウム層５３にアルミナ層５４を積層しない構成で、浸食が行われた場合には、窒化アルミニウム層５３の表面粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）＝２２．７ｎｍ、Ｒｍａｘ（最大高さ）＝１６８．３ｎｍであった。これに対して、本実施形態のように、窒化アルミニウム層５３にアルミナ層５４を積層した構成で、浸食が行われた場合には、窒化アルミニウム層５３の上層となるアルミナ層５４の表面粗さは、Ｒａ＝２．０ｎｍ、Ｒｍａｘ＝１８．２ｎｍであった。

この結果からもわかるように、窒化アルミニウム層５３にアルミナ層５４を積層した構成の場合の表面粗さＲａは、窒化アルミニウム層５３にアルミナ層５４を積層しない構成の場合に比較して、数値的に、１１倍以上改善されている。また、Ｒｍａｘにおいては、９倍以上改善されている。これにより、アルミナ層５４の表面状態は良好で、被覆性も良好であった。

なお、本実施形態では、上述したように、アモルファスのアルミナ層５４の残存厚みを２．５ｎｍ〜３．０ｎｍとしている。このため、ＲａやＲｍａｘの大きさによっては、窒化アルミニウム層５３が局所的に浸食されることにもなるが、圧電体としての電気的特性は許容範囲内である。また、アルミナ層５４との被覆性にも影響はない。なお、このアルミナ層５４の残存厚みは、２．５ｎｍ〜３．０ｎｍには限られず、３．０ｎｍ以上としてもよい。しかし、アルミナ層５４を有することによる電気的特性が許容範囲内で、窒化アルミニウム層５３とアルミナ層５４との被覆性や、アルミナ層５４と上部電極５５との被覆性も維持することができる残存厚みとすることが必要である。

製造工程の説明に戻り、第１０の工程において、図３Ｉに示すように、全面にＴＥＯＳ膜７１をプラズマＣＶＤにより形成する。

第１１の工程において、図２Ｃ、図３Ｊに示すように、ＴＥＯＳ膜７１上にフォトリソグラフィー法によってフォトレジスト６２を設け、フォトレジスト６２をマスクとして、ＴＥＯＳ膜７１，７０、及びシリコン酸化膜１５がエッチングされる。このエッチングにより、振動腕部２２及び圧電駆動部５０を保護する酸化膜を残しつつ、振動腕部２２の周囲を囲むような形状で、シリコン基板１１に達する深さの開口が形成される。

その際に、振動腕部２２との間に所定の距離を保つ開口を有するフォトレジスト６２を設けるようにしても良い。それにより、振動腕部２２の周囲のシリコンをエッチングする際に、振動腕部２２及び圧電駆動部５０を保護するシリコン酸化膜を残すことができる。また、表面シリコン層１３にスリット１３ｂが形成されている場合には、開口が埋め込み酸化膜１２に達するので、ＴＥＯＳ膜７１，７０、及びシリコン酸化膜１５と共に、ＳＯＩ基板１０の埋め込み酸化膜１２の一部をエッチングしても良い。

第１２の工程において、図３Ｋに示すように、フォトレジスト６２を剥離した後に、ＴＥＯＳ膜７１，７０、及びシリコン酸化膜１５の開口を通して、振動腕部２２の周囲のシリコンがエッチングされる（リリースエッチング）。その際に、シリコン基板１１のシリコンの一部をエッチングして、振動腕部２２の下方におけるシリコン基板１１に、キャビティー１１ａを形成しても良い。第１２の工程においては、ウエットエッチングが行われる。その際のエッチング液としては、例えば、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）が用いられる。

第１３の工程において、図２Ｄ、図３Ｌに示すように、振動腕部２２及び圧電駆動部５０の周囲の酸化膜がエッチングされる（リリースエッチング）。それにより、振動腕部２２の上面のみに、シリコン酸化膜１５（温度特性調整膜３０として機能する）と圧電駆動部５０とが残る。第１３の工程において、ウエットエッチングが行われる。その際のエッチング液としては、例えば、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）が用いられる。
上述した工程を行うことにより、図１Ａ〜図１Ｃに示すような圧電振動子が得られる。

なお、本実施形態の圧電振動子（音叉型）は、例えば、集積回路（ＩＣ）等と合わせてパッケージングされることにより使用される。圧電振動子をジャイロセンサー（角速度センサー）、加速度センサーとして使用する場合には、揺れ検出装置、位置検出装置、傾斜検出装置等の物理量検出装置に適用可能である。具体的な適用例として、カメラ等の手ぶれ検出用や、自動車等に備わるナビゲーションシステム等の走行軌跡検出用等に適用することができる。また、マウスやリモコンといったパソコンやゲーム機等の入力デバイス用としても適用可能である。

上述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）本実施形態の圧電振動子は、圧電体としての窒化アルミニウム層５３と上部電極５５との間にアモルファスのアルミナ層５４を有する構成となっている。この構成により、圧電体としての窒化アルミニウム層５３と、アモルファスのアルミナ層５４とを形成した後に、形成に使用したレジストマスク６０を剥離する際、窒化アルミニウム層５３は浸食されずに、その上層に位置するアルミナ層５４が浸食される。また、アルミナ層５４はアモルファスであるため、膜厚分布や膜質が良く、剥離液等に浸食されても表面には凹凸が発生しにくく、一様に浸食された状態となり、良好な被覆性を維持することができる。従って、圧電体としての窒化アルミニウム層５３の浸食を防止して面粗さを維持させることができる。また、アルミナ層５４により、上部電極５５の形成時における被覆性も維持することができる。

（２）本実施形態の圧電振動子は、アトミックレイヤー法を用いてアルミナ層５４を形成することにより、成膜時における膜厚の制御が高精度に行える。これにより、アルミナ層５４の膜厚を、製造工程中の浸食に最低限耐えられる膜厚に設定することにより、アルミナ層５４による電気抵抗等の影響を極力小さくすることができる。従って、アルミナ層５４を有することによる電気的特性への影響の低減と、構造的特性の向上という、相反する課題をバランスよく高いレベルで両立させることができる。

（３）本実施形態の圧電振動子は、アルミナ層５４の残存厚みを２．５ｎｍ〜３．０ｎｍとすることで、圧電体としての窒化アルミニウム層５３の浸食を防止している。また、アルミナ層５４を有することによる電気的特性への影響を低減することができ、アルミナ層５４の良好な被覆性も維持することができる。

（４）本実施形態の圧電振動子の製造方法によれば、窒化アルミニウム成膜工程で窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を成膜した後、アルミナ成膜工程で、アモルファスのアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を成膜する。そして、エッチング工程で、窒化アルミニウム層５３とアルミナ層５４とを形成させる。これにより、その後、剥離工程で、レジストマスク６０を剥離する際、窒化アルミニウム層５３は浸食されずに、アルミナ層５４が浸食される。なお、アルミナ層５４はアモルファスであるため、膜厚分布や膜質が良く、剥離液等に浸食されても表面には凹凸が発生しにくく、一様に浸食された状態となり、良好な被覆性を維持することができる。従って、圧電体としての窒化アルミニウム層５３の浸食を防止して面粗さを維持させることができ、また、アルミナ層５４により、上部電極５５の形成時における被覆性も維持する圧電振動子を製造することができる。

（５）本実施形態の圧電振動子の製造方法によれば、アルミナ成膜工程で、アトミックレイヤー法を用いてアルミナを成膜することにより、成膜時における膜厚の制御が高精度に行える。これにより、アルミナ層５４の膜厚を、製造工程中の浸食に最低限耐えられる膜厚に設定することにより、アルミナ層５４による電気抵抗等の影響を極力小さくすることができる。従って、アルミナ層５４を有することによる電気的特性への影響の低減と、構造的特性の向上という、相反する課題をバランスよく高いレベルで両立させる圧電振動子を製造することができる。

１０…基板としてのＳＯＩ基板、１５…下地層としてのシリコン酸化膜、５２…下部電極、５３…窒化アルミニウム層、５４…アルミナ層、５５…上部電極、６０…レジストマスク。

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板の上層に位置する下地層と、
   前記下地層の上層に位置する下部電極と、
   前記下部電極の上層に位置する窒化アルミニウム層と、
   前記窒化アルミニウム層の上層に位置するアモルファスのアルミナ層と、
   前記アルミナ層の上層に位置する上部電極と、
   を有することを特徴とする圧電振動子。
2. 請求項１に記載の圧電振動子であって、
   前記アルミナ層は、アトミックレイヤー法を用いて形成されることを特徴とする圧電振動子。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧電振動子であって、
   前記アルミナ層の残存厚みは、２．５ｎｍ以上であることを特徴とする圧電振動子。
4. 基板と下地層と電極と窒化アルミニウム層とを有する圧電振動子の製造方法であって、
   前記窒化アルミニウム層を形成するための窒化アルミニウムを成膜する窒化アルミニウム成膜工程と、
   前記窒化アルミニウム成膜工程の後に、アモルファスのアルミナを成膜するアルミナ成膜工程と、
   前記アルミナ成膜工程の後に、前記窒化アルミニウム層とアルミナ層とを形成させるレジストマスクを形成してエッチングを行うエッチング工程と、
   前記エッチング工程の後に、前記レジストマスクを剥離する剥離工程と、
   を有することを特徴とする圧電振動子の製造方法。
5. 請求項４に記載の圧電振動子の製造方法であって、
   前記アルミナ成膜工程では、アトミックレイヤー法を用いることを特徴とする圧電振動子の製造方法。

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