JP2023155792A - Piezoelectric element, microphone and method of manufacturing piezoelectric element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧電素子、マイクロフォン、および圧電素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric element, a microphone, and a method for manufacturing a piezoelectric element.
圧電型のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)マイクロフォンは、電極と圧電膜の積層構造を有する圧電素子で構成されている。圧電素子の製造工程では、基板の上面全体に下部電極が形成され、パターニングによって一部が除去された後、下部電極の上面に圧電膜が形成される。そして、この圧電膜の上面に上部電極が形成される。圧電膜には下部電極を露出させるビアが形成され、このビア内に形成された配線によって下部電極の電位が取り出される。また、基板に開口部が形成されるとともに、電極と圧電膜の積層構造にスリットが形成されることにより、この積層構造が基板の開口端部において片持ち支持され、振動領域とされる。 A piezoelectric MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) microphone is composed of a piezoelectric element having a laminated structure of electrodes and a piezoelectric film. In the manufacturing process of a piezoelectric element, a lower electrode is formed on the entire upper surface of a substrate, a portion is removed by patterning, and then a piezoelectric film is formed on the upper surface of the lower electrode. Then, an upper electrode is formed on the upper surface of this piezoelectric film. A via that exposes the lower electrode is formed in the piezoelectric film, and the potential of the lower electrode is taken out by a wiring formed within the via. Further, by forming an opening in the substrate and forming a slit in the laminated structure of the electrode and the piezoelectric film, this laminated structure is supported in a cantilever manner at the open end of the substrate, forming a vibration region.
電極が除去された部分に形成された圧電膜は、結晶性が悪くなり、電極端部での応力集中によりクラックが発生し、抵抗値が低下するおそれがある。抵抗値が低下した部分を介して電極間でリークが発生すると誘電損失が増加し、マイクロフォンのノイズが大きくなってしまうため、リークの遮断が必要である。これには通常、層間絶縁膜が用いられる(例えば、特許文献1参照)。 The piezoelectric film formed in the area where the electrode has been removed has poor crystallinity, and there is a risk that cracks will occur due to stress concentration at the end of the electrode, resulting in a decrease in resistance value. If leakage occurs between the electrodes through the portion where the resistance value has decreased, dielectric loss increases and microphone noise increases, so it is necessary to block the leakage. An interlayer insulating film is usually used for this purpose (see, for example, Patent Document 1).
このようなマイクロフォンでは、音圧等の圧力が印加されることで振動領域が振動し、圧電膜に発生する電荷を検出信号として出力するが、製造時に発生する残留応力により振動領域が変形し、スリットが広がり圧力が抜け出て、検出帯域が狭くなるおそれがある。これについて、本発明者らは、特願2021-152427号において、スリット内に付加薄膜を形成することでスリットの広がりを抑制する圧電素子を提案している。 In such microphones, the vibration region vibrates when pressure such as sound pressure is applied, and the charge generated in the piezoelectric film is output as a detection signal, but the vibration region is deformed due to residual stress generated during manufacturing. There is a risk that the slit will widen and the pressure will escape, narrowing the detection band. Regarding this, the present inventors have proposed in Japanese Patent Application No. 2021-152427 a piezoelectric element that suppresses the expansion of the slit by forming an additional thin film inside the slit.
しかしながら、付加薄膜を形成すると工数が増えるため、圧電素子の製造コストが増加するおそれがある。 However, since forming the additional thin film increases the number of steps, there is a risk that the manufacturing cost of the piezoelectric element will increase.
本発明は上記点に鑑みて、工数の増加を低減できる圧電素子、マイクロフォン、および圧電素子の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above points, an object of the present invention is to provide a piezoelectric element, a microphone, and a method for manufacturing a piezoelectric element that can reduce the increase in the number of steps.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、支持体(10)上に振動部(20)が配置された圧電素子であって、支持体に配置された圧電膜(40)と、圧電膜に積層された電極膜(50)と、圧電膜を貫通する孔部(61a、62a)の内部に形成された貫通電極(61b、62b)と、孔部の壁面および圧電膜の上部に形成され、圧電膜と貫通電極とを絶縁させる層間絶縁膜(82)と、を備え、振動部は、圧電膜および電極膜を含み、支持体に支持される支持領域(21a)と、支持体から浮遊している浮遊領域(21b)とを有し、浮遊領域は、スリット(30)によって区画された複数の振動領域(22a~22d)を有し、スリットには、層間絶縁膜と同じ材料で構成された付加薄膜(81)が配置されている。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a piezoelectric element in which a vibrating part (20) is disposed on a support (10), and a piezoelectric film (40) disposed on the support. , an electrode film (50) laminated on the piezoelectric film, through electrodes (61b, 62b) formed inside the holes (61a, 62a) penetrating the piezoelectric film, and the wall surface of the hole and the upper part of the piezoelectric film. The vibrating section includes an interlayer insulating film (82) that is formed on the substrate and insulates the piezoelectric film and the through electrode, and the vibrating section includes a support region (21a) that is supported by a support body and includes a piezoelectric film and an electrode film; The floating region has a floating region (21b) floating from the body, and the floating region has a plurality of vibration regions (22a to 22d) partitioned by slits (30). An additional thin film (81) composed of material is arranged.
これによれば、付加薄膜と層間絶縁膜とが同じ材料で構成されているため、これらを同一の工程で形成することが可能であり、圧電素子の製造において工数の増加を低減することができる。 According to this, since the additional thin film and the interlayer insulating film are made of the same material, it is possible to form them in the same process, and it is possible to reduce the increase in man-hours in manufacturing the piezoelectric element. .
また、請求項11に記載の発明では、支持体(10)上に振動部(20)が配置された圧電素子の製造方法であって、支持体に圧電膜(40)を形成することと、圧電膜に積層された電極膜(50)を形成することと、圧電膜を貫通する孔部(61a、62a)を形成することと、孔部の内部に貫通電極(61b、62b)を形成することと、孔部の壁面および圧電膜の上部に、圧電膜と貫通電極とを絶縁させる層間絶縁膜(82)を形成することと、圧電膜および電極膜を含み支持体から浮遊する浮遊領域にスリット(30)を形成して、圧電膜および電極膜を複数の振動領域(22a~22d)に区画することと、スリットに、層間絶縁膜と同じ材料で構成された付加薄膜(81)を形成することと、を備え、層間絶縁膜を形成すること、および、付加薄膜を形成することは、同時に行われる。
Further, the invention according to
これによれば、付加薄膜と層間絶縁膜とが同じ材料で同時に形成されるため、工数の増加を低減することができる。 According to this, since the additional thin film and the interlayer insulating film are simultaneously formed of the same material, an increase in the number of steps can be reduced.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 Note that the reference numerals in parentheses attached to each component etc. indicate an example of the correspondence between the component etc. and specific components etc. described in the embodiments to be described later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. Note that in each of the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態について説明する。本実施形態の圧電素子は、スマートフォンやAI(artificial intelligence)スピーカ等に搭載される圧電マイク等に用いられると好適である。また、本実施形態の圧電素子は、超音波センサ等に用いられると好適である。
(First embodiment)
A first embodiment will be described. The piezoelectric element of this embodiment is suitable for use in a piezoelectric microphone installed in a smartphone, an AI (artificial intelligence) speaker, or the like. Further, the piezoelectric element of this embodiment is suitable for use in an ultrasonic sensor or the like.
圧電素子は、図1、図2に示されるように、支持体10と、支持体10上に配置された振動部20とを備え、平面形状が矩形状とされている。支持体10は、一面11aを有する支持基板11と、支持基板11の一面11a上に形成された絶縁膜12とを有している。なお、支持基板11は、例えば、シリコン基板等で構成され、絶縁膜12は、酸化膜等で構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the piezoelectric element includes a
支持体10には、振動部20における内縁側を浮遊させるための凹部10aが形成されている。このため、振動部20は、支持体10上に配置された支持領域21aと、支持領域21aと繋がっていると共に凹部10a上で浮遊する浮遊領域21bとを有する構成となっている。本実施形態の凹部10aは、振動部20側の開口端の形状が平面矩形状とされている。したがって、浮遊領域21bの全体は、平面矩形状とされている。
A
絶縁膜12および振動部20の外縁部分には、支持基板11の外縁部分を露出させる開口部12a、20aが形成されている。開口部12a、20aは、圧電素子を製造する際のダイシング工程を容易にするものであり、必ずしも形成されていなくてもよい。
浮遊領域21bには、当該浮遊領域21bを厚さ方向に貫通するスリット30が形成されている。スリット30は、浮遊領域21bを4分割するように形成されている。詳しくは、スリット30は、浮遊領域21bの中心部を通り、浮遊領域21bの相対する角部に向かって延設されるように、2本形成されている。言い換えると、スリット30は、平面矩形状とされた浮遊領域21bの各角部から中心部に向かって延設されると共に、中心部にて各スリット30が交差するように形成されている。これにより、浮遊領域21bは、略平面三角形状とされた第1~第4振動領域22a~22dに分離されている。
A
本実施形態のスリット30は、支持領域21aまで延設されているが、浮遊領域21b内で終端するように形成されていてもよい。また、スリット30が、浮遊領域21bと支持領域21aとの境界部で終端するように形成されていてもよい。
Although the
第1~第4振動領域22a~22dは、上記の構成とされることにより、支持領域21a側の端部が固定端とされ、支持領域21aと反対側の先端部が自由端とされたカンチレバーとされている。
The first to
振動部20は、圧電膜40および圧電膜40と接続される電極膜50を有する構成とされている。具体的には、圧電膜40は、下層圧電膜41と、下層圧電膜41上に積層される上層圧電膜42とを有している。なお、下層圧電膜41および上層圧電膜42は、窒化スカンジウムアルミニウム(ScAlN)や、窒化アルミニウム(AlN)等の鉛フリーの圧電セラミックス等を用いて構成されている。また、下層圧電膜41および上層圧電膜42は、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等を用いて構成される。なお、図1は、断面図ではないが、理解をし易くするために、上層圧電膜42等にハッチングを施してある。
The vibrating
電極膜50は、圧電膜40と接続されるように各振動領域22a~22dに形成されており、モリブデン(Mo)を用いて構成されている。但し、電極膜50は、モリブデンの他に、チタン(Ti)、プラチナ(Pt)、アルミニウム(Al)、ルテニウム(Ru)等のいずれか1つを主成分とする金属材料を用いて構成されていてもよい。
The
そして、本実施形態では、電極膜50として、下層圧電膜41の下方に形成された下層電極膜51と、下層圧電膜41と上層圧電膜42との間に形成された中間電極膜52と、上層圧電膜42の上方に形成された上層電極膜53とが形成されている。なお、下層電極膜51と中間電極膜52とは、下層圧電膜41を挟んで対向するように配置されている。中間電極膜52と上層電極膜53とは、上層圧電膜42を挟んで対向するように配置されている。
In this embodiment, the
第1~第4振動領域22a~22dの電極膜50は、配線部60によって電気的に直列に接続されている。具体的には、各振動領域22a~22dに形成される各下層電極膜51、各中間電極膜52、各上層電極膜53がそれぞれ並列に接続されつつ、各振動領域22a~22d間が直列に接続されている。
The
配線部60は、下層電極膜51に接続される第1電極部61と、中層電極膜52に接続される第2電極部62と、第1電極部61および第2電極部62を接続する配線膜63とを備えている。また、配線部60は、上層電極膜53に接続される図示しない電極部を備えており、第1電極部61および第2電極部62は、配線膜63によって、この図示しない電極部にも接続されている。
The
支持領域21aには、下層圧電膜41および上層圧電膜42を貫通して下層電極膜51を露出させる第1孔部61aが形成されており、第1電極部61は、下層電極膜51と電気的に接続されるように第1孔部61aに配置された第1貫通電極61bを備えている。また、支持領域21aには、上層圧電膜42を貫通して中層電極膜52を露出させる第2孔部62aが形成されており、第2電極部62は、中層電極膜52と電気的に接続されるように第2孔部62aに配置された第2貫通電極62bを備えている。
A
後述するように、第1孔部61aの壁面、第2孔部62aの壁面、および、上層圧電膜42の上面には、層間絶縁膜82が形成されている。第1貫通電極61b、第2貫通電極62bは、それぞれ、層間絶縁膜82によって圧電膜40と絶縁されるように、第1孔部61a、第2孔部62aの内部に配置されている。配線膜63は、層間絶縁膜82の上面に配置されており、第1孔部61a、第2孔部62aの上部において、第1貫通電極61b、第2貫通電極62bと電気的に接続されている。なお、図1では、配線膜63のうち、第1貫通電極61aと第2貫通電極62bとを接続する部分、および、外部回路に接続されるパッド部のみを図示している。
As will be described later, an
振動部20は、支持体10側に、下層圧電膜41および下層電極膜51が配置されるバッファ層70を有している。バッファ層70は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)等で構成される。バッファ層70は、浮遊領域21bとなる部分の全体に形成されている。なお、バッファ層70および下層電極膜51は、絶縁層12の外縁端部まで形成されていない。このため、下層圧電膜41における外縁部分は、絶縁膜12上にそのまま配置されている。
The vibrating
本実施形態の圧電素子では、浮遊領域21bに形成されたスリット30の一部を被覆するように付加薄膜81が備えられている。具体的には、付加薄膜81は、スリット30のうちの支持領域21a側と反対側の部分、すなわち、第1~第4振動領域22a~22dの自由端側を区画する部分に配置されている。このため、各振動領域22a~22dは、自由端側の部分で付加薄膜81によって繋がった状態となっている。なお、図2では、付加薄膜81がスリット30を埋め込むように配置されている図が示されているが、付加薄膜81は、スリット30を埋め込むように配置されていなくてもよい。
In the piezoelectric element of this embodiment, an additional
付加薄膜81は、凹部10aを形成した後の第1~第4振動領域22a~22dの反りを抑制するためのものである。付加薄膜81は、各振動領域22a~22dの振動に影響し難くなるように、ヤング率が低い材料で構成されることが好ましい。付加薄膜81の膜厚は、例えば0.5μm以上3μm以下とされる。
The additional
第1孔部61aおよび第2孔部62aの壁面には、層間絶縁膜82が形成されている。層間絶縁膜82は、電極間のリークを抑制するためのものである。層間絶縁膜82は、上層圧電膜42の上面にも形成されており、第1電極部61と第2電極部62は、層間絶縁膜82の上面に形成された配線膜63を介して接続されている。層間絶縁膜82は、付加薄膜81と同じ材料で構成されている。具体的には、付加薄膜81および層間絶縁膜82は、ポリイミド、ポリベンゾオキサゾール(PBO)等の感光性樹脂で構成されている。
An interlayer insulating
圧電素子の中央部においては、層間絶縁膜82に開口部82aが形成されており、これにより浮遊領域21bの上層電極膜53が層間絶縁膜82から露出している。開口部82aは、第1開口部に相当する。また、圧電素子の外周部においては、層間絶縁膜82に開口部82bが形成されており、これにより支持領域21aの上層圧電膜42が層間絶縁膜82から露出している。開口部82bは、第2開口部に相当する。開口部82bは、直線状のスリットとされており、圧電素子の上面の四辺に並行となるように、4つの開口部82bが形成されている。なお、開口部82bが他の形状とされていてもよい。
In the center of the piezoelectric element, an
層間絶縁膜82のうち、第1孔部61aと開口部82aとの間に形成された部分と、第1孔部61aに対して開口部82aとは反対側に形成された部分とは、体積が等しくされている。具体的には、図2、図3に示すように、層間絶縁膜82のうち第1孔部61aと開口部82aとの間の領域を内側領域82cとし、第1孔部61aと開口部82bとの間の領域を外側領域82dとして、内側領域82cと外側領域82dとの体積が等しくされている。なお、図3では配線膜63の図示を省略している。
In the
また、層間絶縁膜82のうち、第2孔部62aと開口部82aとの間に形成された部分と、第2孔部62aに対して開口部82aとは反対側に形成された部分とは、体積が等しくされている。具体的には、図2、図3に示すように、層間絶縁膜82のうち第2孔部62aと開口部82aとの間の領域を内側領域82eとし、第2孔部62aと開口部82bとの間の領域を外側領域82fとして、内側領域82eと外側領域82fとの体積が等しくされている。
Also, in the
以上が本実施形態における圧電素子の構成である。このような圧電素子は、各振動領域22a~22dに音圧等の圧力が印加されると、各振動領域22a~22dが振動する。そして、例えば、各振動領域22a~22dの自由端側が上方に変位した場合、下層圧電膜41には引張応力が発生し、上層圧電膜42には圧縮応力が発生する。したがって、配線部60のパッド部から電荷を取り出すことにより、音圧等の圧力が検出される。この際、本実施形態では、付加薄膜81によってスリット30の開口面積が小さくされている。このため、圧力がスリット30から抜け難くなり、検出帯域を広くすることができる。
The above is the configuration of the piezoelectric element in this embodiment. In such a piezoelectric element, when pressure such as sound pressure is applied to each
次に、上記圧電素子の製造方法について、図4A~図4Hを参照しつつ説明する。なお、本実施形態では、ウェハ状の支持体10を用いて圧電素子を製造する例について説明するが、予めチップ単位に分割された支持体10を用いて圧電素子を製造するようにしてもよい。
Next, a method for manufacturing the piezoelectric element will be described with reference to FIGS. 4A to 4H. In this embodiment, an example will be described in which a piezoelectric element is manufactured using a wafer-shaped
まず、図4Aに示されるように、支持基板11上に絶縁膜12が配置された支持体10を用意する。なお、図4Aの支持体10は、実際には、ダイシングラインを介して複数の素子構成領域が一体化されたウェハ状とされている。
First, as shown in FIG. 4A, a
次に、図4Bに示されるように、支持体10上にバッファ層70および下層電極膜51を順に成膜し、図示しないマスクを用いて所定形状にパターニングする。バッファ層70および下層電極膜51は、浮遊領域21bとなる部分に配置されるようにパターニングされる。また、バッファ層70および下層電極膜51は、第1貫通電極61bと接続される部分、および、支持体10と振動部20との積層方向において第2貫通電極62bと対向する部分を含むようにパターニングされる。
Next, as shown in FIG. 4B, a
なお、バッファ層70および下層電極膜51は、一般的なスパッタ法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法等によって成膜される。また、後述する下層圧電膜41、中間電極膜52、上層圧電膜42、上層電極膜53も一般的なスパッタ法やCVD法等によって成膜される。
Note that the
続いて、図4Cに示されるように、下層圧電膜41および中間電極膜52を成膜する。続いて、図4Dに示されるように、上層圧電膜42を成膜して圧電膜40を構成する。また、上層電極膜53を成膜すると共に図示しないマスクを用いて所定形状にパターニングすることにより、電極膜50を構成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4C, a lower
続いて、図4Eに示されるように、図示しないマスクを用いたエッチングにより、下層電極膜51を露出させる第1孔部61a、中間電極膜52を露出させる第2孔部62a、および、絶縁膜12を露出させるスリット30を形成する。また、ダイシングラインに位置する圧電膜40を除去して開口部20aを形成すると共に、絶縁膜12を除去して開口部12aを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4E, etching is performed using a mask (not shown) to form a
続いて、図4Fに示されるように、支持体10、圧電膜40、電極膜50、バッファ層70を覆うように、ウェハ全体に感光性樹脂80を塗布する。続いて、図4Gに示されるように、図示しないマスクを用いて感光性樹脂80を露光することにより、開口部82a、82b、第1孔部61a、第2孔部62aに対応する部分の感光性樹脂80を除去し、付加薄膜81および層間絶縁膜82を形成する。このとき、内側領域82cと外側領域82dとの体積が等しくなるとともに、内側領域82eと外側領域82fとの体積が等しくなるように、開口部82a、82bを形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4F, a
続いて、図4Hに示されるように、第1孔部61a、第2孔部62aを埋め込むように金属膜を成膜することで、第1貫通電極61b、第2貫通電極62bを形成する。そして、層間絶縁膜82上に成膜された金属膜をパターニングすることで配線膜63を形成する。これにより、配線部60が構成される。
Subsequently, as shown in FIG. 4H, a metal film is formed to fill the
その後は、適宜図示しないマスクを配置してエッチングを行うことにより、凹部10aを形成する。そして、ダイシングラインに沿ってチップ単位に分割する。これにより、支持体10上に振動部20が配置された上記の圧電素子が製造される。
Thereafter, a mask (not shown) is appropriately placed and etching is performed to form the
以上説明した本実施形態によれば、付加薄膜81と層間絶縁膜82とが同じ材料で構成されている。したがって、上記のように付加薄膜81と層間絶縁膜82とを同一の工程で形成することが可能となり、圧電素子の製造において工数の増加を低減することができる。
According to the embodiment described above, the additional
また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。 Further, according to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1)層間絶縁膜82のうち、第1、第2孔部61a、62aと開口部82aとの間に形成された部分と、第1、第2孔部61a、62aに対して開口部82aとは反対側に形成された部分とは、体積が等しい。層間絶縁膜82を感光性樹脂で構成すると、層間絶縁膜82が硬化時に収縮する。そのため、第1、第2孔部61a、62aの両側で層間絶縁膜82の体積が大きく異なると、図5に示されるように、第1、第2孔部61a、62a内の層間絶縁膜82が非対称に形成される。一方、圧電マイクでは振動領域における層間絶縁膜82を除去する必要があり、開口部82aの形成によって、第1、第2孔部61a、62aの両側で層間絶縁膜82の体積に大きな差が生じる。そのため、層間絶縁膜82が薄くなった片側では絶縁性が低下し、層間絶縁膜82が厚くなった反対側ではオーバーハング構造により配線金属を形成するときにカバレッジが悪くなり断線するおそれがある。これに対して、上記のように第1、第2孔部61a、62aの両側で層間絶縁膜82の体積を等しくすることで、第1、第2孔部61a、62a内の層間絶縁膜82の対称性を向上させ、絶縁性の低下や断線を抑制することができる。
(1) A portion of the
(2)層間絶縁膜82のうち第1、第2孔部61a、62aに対して開口部82aとは反対側に形成された部分には、圧電膜40を露出させる開口部82bが形成されている。このように開口部82bを形成することにより、内側領域82c、82eと外側領域82d、82fとの体積を調整し、絶縁性の低下や断線を抑制することができる。
(2) An
(3)層間絶縁膜82において、内側領域82cと外側領域82dとの体積が等しく、内側領域82eと外側領域82fとの体積が等しい。これにより、第1、第2孔部61a、62a内の層間絶縁膜82の対称性を向上させ、絶縁性の低下や断線を抑制することができる。
(3) In the
(4)付加薄膜81および層間絶縁膜82は、ポリイミド、PBO等の感光性樹脂で構成されている。圧電マイクでは電極厚さが数十nmと薄いため、例えば層間絶縁膜82としてTEOS(テトラエトキシシラン)を用いると、エッチングによる層間絶縁膜82のパターニング時に電極膜50が損傷するおそれがある。これに対して、付加薄膜81、層間絶縁膜82として感光性樹脂を用いることで、付加薄膜81、層間絶縁膜82のパターニングをフォトリソグラフィで行うことができるため、電極膜50の損傷を抑制することができる。
(4) The additional
(5)圧電素子は、下層電極膜51、下層圧電膜41、中層電極膜52、上層圧電膜42、上層電極膜53が順に積層されたバイモルフ構造の圧電素子とされている。このような構成の圧電素子においては、層間絶縁膜82により、下層圧電膜41と上層圧電膜42の界面におけるリークを抑制することができる。
(5) The piezoelectric element has a bimorph structure in which a lower
(6)本実施形態の圧電素子をマイクロフォンに用いることで、マイクロフォンを低ノイズ化、広帯域化することができる。 (6) By using the piezoelectric element of this embodiment in a microphone, the microphone can have low noise and a wide band.
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して層間絶縁膜82の構成を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
(Second embodiment)
A second embodiment will be described. This embodiment differs from the first embodiment in that the structure of the
本実施形態では、層間絶縁膜82のうち第1孔部61aと開口部82aとの間に形成された部分と、第1孔部61aに対して開口部82aとは反対側に形成された部分とで、膜厚が異なっている。具体的には、図6に示されるように、層間絶縁膜82のうち第1孔部61aと層間絶縁膜82の外縁との間の領域を外側領域82gとして、内側領域82cと外側領域82gとの体積が等しくなるように、外側領域82gの一部が薄膜化されている。
In this embodiment, a portion of the
また、層間絶縁膜82のうち第2孔部62aと開口部82aとの間に形成された部分と、第2孔部62aに対して開口部82aとは反対側に形成された部分とで、膜厚が異なっている。具体的には、図6に示されるように、層間絶縁膜82のうち第2孔部62aと層間絶縁膜82の外縁との間の領域を外側領域82hとして、内側領域82eと外側領域82hとの体積が等しくなるように、外側領域82hの一部が薄膜化されている。
Further, in the
本実施形態では、図4Fに示す工程の後、図7Aに示されるように、外側領域82g、82hの薄膜化される部分を露出させるマスク91を用いて、小さい光量で感光性樹脂80を露光する。続いて、図7Bに示されるように、開口部12a、20a、第1孔部61a、第2孔部62a、開口部82aに対応する部分を露出させるマスク92を用いて、図7Aに示す工程よりも大きい光量で感光性樹脂80を露光する。これにより、外側領域82g、82hの一部が薄膜化された層間絶縁膜82が形成される。
In this embodiment, after the step shown in FIG. 4F, as shown in FIG. 7A, the
本実施形態は、第1実施形態と同様の構成および作動からは第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 This embodiment can obtain the same effects as the first embodiment from the same configuration and operation as the first embodiment.
また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。 Further, according to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1)層間絶縁膜82は、内側領域82c、82dと外側領域82g、82hとで膜厚が異なる。このように、場所によって膜厚を変えることで、上層圧電膜43を露出させずに体積を調整することが可能となり、層間絶縁膜82によって保護される部分が広くなるため、圧電素子の損傷を抑制することができる。
(1) The
(他の実施形態)
なお、本発明は上記した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した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
(Other embodiments)
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified as appropriate within the scope of the claims. Furthermore, in each of the above embodiments, it goes without saying that the elements constituting the embodiments are not necessarily essential, except in cases where it is specifically stated that they are essential or where they are clearly considered essential in principle. stomach. In addition, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical value, amount, range, etc. of the constituent elements of the embodiment are mentioned, when it is clearly stated that it is essential, or when it is clearly limited to a specific number in principle. It is not limited to that specific number, except in cases where In addition, in each of the above embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of constituent elements, etc., the shape, It is not limited to positional relationships, etc.
例えば、第1実施形態において、内側領域82c、82eと外側領域82d、82fとで、体積が完全に等しい構成だけでなく、略等しい構成においても、第1、第2孔部61a、62a内の層間絶縁膜82の対称性を向上させ、絶縁性の低下等を抑制することができる。
For example, in the first embodiment, not only a configuration in which the volumes of the
また、第2実施形態において、内側領域82c、82eと外側領域82g、82hとで、体積が完全に等しい構成だけでなく、略等しい構成においても、第1、第2孔部61a、62a内の層間絶縁膜82の対称性を向上させ、絶縁性の低下等を抑制することができる。
Further, in the second embodiment, not only the configuration in which the volumes of the
また、第2実施形態において、第1、第2孔部61a、62aの場所や開口部82aの大きさによっては、内側領域82c、82eの一部を薄膜化することにより、内側領域82c、82eと外側領域82g、82hの体積を等しくしてもよい。
In the second embodiment, depending on the location of the first and
また、第2実施形態において、感光性樹脂80のうち開口部12a、20aに対応する部分を2回露光してもよい。すなわち、図4Fに示す工程の後、開口部12a、20aに対応する部分と、外側領域82g、82hの薄膜化される部分とを露出させるマスク91を用いて感光性樹脂80を露光し、続いて、図7Bに示されるようにマスク92を用いて感光性樹脂80を露光する。
Furthermore, in the second embodiment, portions of the
また、第2実施形態において、図8A、図8Bに示されるように感光性樹脂80を露光して、付加薄膜81および層間絶縁膜82を形成してもよい。すなわち、図4Fに示す工程の後、開口部12a、20a、第1孔部61a、第2孔部62a、開口部82aに対応する部分と、外側領域82g、82hの薄膜化される部分とを露出させるマスク91を用いて、感光性樹脂80を小さい光量で露光する。続いて、開口部12a、20a、第1孔部61a、第2孔部62a、開口部82aに対応する部分を露出させるマスク92を用いて、図8Aに示す工程と同程度の小さい光量、または、中程度の光量で感光性樹脂80を露光する。なお、アライメントずれを考慮すると、この方法よりも図7A、図7Bに示す方法が望ましい。
Further, in the second embodiment, the additional
また、第2実施形態において、図9A、図9Bに示されるように感光性樹脂80を露光して、付加薄膜81および層間絶縁膜82を形成してもよい。すなわち、図4Fに示す工程の後、開口部12a、20a、82aに対応する部分と、外側領域82g、82hの薄膜化される部分とを露出させるマスク91を用いて、感光性樹脂80を露光する。続いて、開口部12a、20a、第1孔部61a、第2孔部62a、開口部82aに対応する部分を露出させるマスク92を用いて感光性樹脂80を露光する。
Further, in the second embodiment, the additional
10 支持体
20 振動部
30 スリット
40 圧電膜
50 電極膜
81 付加薄膜
82 層間絶縁膜
10
Claims (17)
前記支持体に配置された圧電膜(40)と、
前記圧電膜に積層された電極膜(50)と、
前記圧電膜を貫通する孔部(61a、62a)の内部に形成された貫通電極(61b、62b)と、
前記孔部の壁面および前記圧電膜の上部に形成され、前記圧電膜と前記貫通電極とを絶縁させる層間絶縁膜(82)と、を備え、
前記振動部は、前記圧電膜および前記電極膜を含み、前記支持体に支持される支持領域(21a)と、前記支持体から浮遊している浮遊領域(21b)とを有し、
前記浮遊領域は、スリット(30)によって区画された複数の振動領域(22a~22d)を有し、
前記スリットには、前記層間絶縁膜と同じ材料で構成された付加薄膜(81)が配置されている圧電素子。 A piezoelectric element in which a vibrating part (20) is arranged on a support (10),
a piezoelectric film (40) disposed on the support;
an electrode film (50) laminated on the piezoelectric film;
through electrodes (61b, 62b) formed inside the holes (61a, 62a) penetrating the piezoelectric film;
an interlayer insulating film (82) formed on the wall surface of the hole and on the top of the piezoelectric film to insulate the piezoelectric film and the through electrode,
The vibrating section includes the piezoelectric film and the electrode film, and has a support region (21a) supported by the support and a floating region (21b) floating from the support,
The floating region has a plurality of vibration regions (22a to 22d) partitioned by slits (30),
A piezoelectric element in which an additional thin film (81) made of the same material as the interlayer insulating film is disposed in the slit.
前記層間絶縁膜のうち、前記孔部と前記開口部との間に形成された部分と、前記孔部に対して前記開口部とは反対側に形成された部分とは、体積が等しい請求項1に記載の圧電素子。 An opening (82a) is formed in the interlayer insulating film to expose the vibration region,
A portion of the interlayer insulating film formed between the hole and the opening and a portion formed on a side opposite to the opening with respect to the hole have the same volume. 1. The piezoelectric element according to 1.
前記層間絶縁膜のうち前記孔部に対して前記第1開口部とは反対側に形成された部分には、前記圧電膜を露出させる第2開口部(82b)が形成されている請求項1に記載の圧電素子。 A first opening (82a) exposing the vibration region is formed in the interlayer insulating film,
1. A second opening (82b) for exposing the piezoelectric film is formed in a portion of the interlayer insulating film that is formed on a side opposite to the first opening with respect to the hole. The piezoelectric element described in .
前記層間絶縁膜は、前記孔部と前記開口部との間に形成された部分と、前記孔部に対して前記開口部とは反対側に形成された部分とで、膜厚が異なる請求項1または2に記載の圧電素子。 An opening (82a) is formed in the interlayer insulating film to expose the vibration region,
2. The interlayer insulating film has a thickness different between a portion formed between the hole and the opening and a portion formed on the opposite side of the hole with respect to the opening. 3. The piezoelectric element according to 1 or 2.
前記電極膜は、前記下層圧電膜の下方に形成された下層電極膜(51)と、前記下層圧電膜と前記上層圧電膜との間に形成された中間電極膜(52)と、前記上層圧電膜の上方に形成された上層電極膜(53)と、を有している請求項1ないし7のいずれか1つに記載の圧電素子。 The piezoelectric film has a lower piezoelectric film (41) and an upper piezoelectric film (42),
The electrode film includes a lower layer electrode film (51) formed below the lower layer piezoelectric film, an intermediate electrode film (52) formed between the lower layer piezoelectric film and the upper layer piezoelectric film, and the upper layer piezoelectric film. 8. The piezoelectric element according to claim 1, further comprising an upper electrode film (53) formed above the film.
前記支持体に圧電膜(40)を形成することと、
前記圧電膜に積層された電極膜(50)を形成することと、
前記圧電膜を貫通する孔部(61a、62a)を形成することと、
前記孔部の内部に貫通電極(61b、62b)を形成することと、
前記孔部の壁面および前記圧電膜の上部に、前記圧電膜と前記貫通電極とを絶縁させる層間絶縁膜(82)を形成することと、
前記圧電膜および前記電極膜を含み前記支持体から浮遊する浮遊領域にスリット(30)を形成して、前記圧電膜および前記電極膜を複数の振動領域(22a~22d)に区画することと、
前記スリットに、前記層間絶縁膜と同じ材料で構成された付加薄膜(81)を形成することと、を備え、
前記層間絶縁膜を形成すること、および、前記付加薄膜を形成することは、同時に行われる圧電素子の製造方法。 A method for manufacturing a piezoelectric element in which a vibrating part (20) is arranged on a support (10),
forming a piezoelectric film (40) on the support;
forming an electrode film (50) laminated on the piezoelectric film;
forming holes (61a, 62a) penetrating the piezoelectric film;
forming through electrodes (61b, 62b) inside the hole;
forming an interlayer insulating film (82) on a wall surface of the hole and an upper part of the piezoelectric film to insulate the piezoelectric film and the through electrode;
forming a slit (30) in a floating region containing the piezoelectric film and the electrode film and floating from the support to divide the piezoelectric film and the electrode film into a plurality of vibration regions (22a to 22d);
forming an additional thin film (81) made of the same material as the interlayer insulating film in the slit;
A method of manufacturing a piezoelectric element, wherein forming the interlayer insulating film and forming the additional thin film are performed simultaneously.
前記開口部を形成することでは、前記層間絶縁膜のうち、前記孔部と前記開口部との間に形成された部分と、前記孔部に対して前記開口部とは反対側に形成された部分とで、体積が等しくなるように前記開口部を形成する請求項11に記載の圧電素子の製造方法。 forming an opening (82a) in the interlayer insulating film to expose the vibration region;
In forming the opening, a portion of the interlayer insulating film formed between the hole and the opening, and a portion of the interlayer insulating film formed on the opposite side of the opening from the hole. 12. The method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 11, wherein the opening is formed so that the volume of the opening is equal to that of the opening.
前記層間絶縁膜のうち前記孔部に対して前記第1開口部とは反対側に形成された部分に、前記圧電膜を露出させる第2開口部(82b)を形成することと、を備える請求項11に記載の圧電素子の製造方法。 forming a first opening (82a) in the interlayer insulating film to expose the vibration region;
A second opening (82b) that exposes the piezoelectric film is formed in a portion of the interlayer insulating film that is formed on a side opposite to the first opening with respect to the hole. Item 12. The method for manufacturing a piezoelectric element according to item 11.
前記層間絶縁膜を形成することでは、前記孔部と前記開口部との間に形成された部分と、前記孔部に対して前記開口部とは反対側に形成された部分とで、膜厚が異なるように、前記層間絶縁膜を形成する請求項11または12に記載の圧電素子の製造方法。 forming an opening (82a) in the interlayer insulating film to expose the vibration region;
In forming the interlayer insulating film, the thickness of the interlayer insulating film is determined by a portion formed between the hole and the opening and a portion formed on the opposite side of the hole from the opening. 13. The method of manufacturing a piezoelectric element according to claim 11, wherein the interlayer insulating film is formed such that the interlayer insulating films are different.
17. The method for manufacturing a piezoelectric element according to claim 16, wherein the photosensitive resin is polyimide or polybenzoxazole.
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