JP5013025B2 - 圧電デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る圧電デバイスの製造時の流れを、各製造工程での断面図とともに示している。まず、Siからなる基板1上に、SiO2からなる熱酸化膜2を形成する(S1)。なお、基板1の厚みは、基板サイズ(直径)により異なるが、例えば400〜600μm程度であり、後述するように半導体の製造用として国際規格(SEMI規格)で定められたものを用いることができる。熱酸化膜2は、基板1の保護および絶縁の目的で形成されるものであり、基板1を1500℃程度で加熱することにより形成され、その厚みは例えば0.1μm程度である。
次に、上述したS3の工程における圧電体4の成膜方法の詳細について説明する。図2は、圧電体4を成膜するスパッタ装置の概略の構成を示す断面図である。圧電体4は、例えば高周波マグネトロンスパッタリング法により成膜することができる。
図3は、本実施形態で作製した圧電デバイス10をダイヤフラム(振動板)に応用したときの構成を示す平面図であり、図4は、図3のA−A’線矢視断面図である。圧電体4は、基板1の必要な領域に、2次元の千鳥状に複数個配置されている。基板1において圧電体4の形成領域に対応する領域は、厚さ方向の一部が断面円形(円筒状)で除去された凹部1aとなっており、基板1における凹部1aの上部(凹部1aの底部側)には、薄い板状の領域1bが残っている。下部電極3および上部電極5は、図示しない配線により、外部の制御回路と接続されている。
次に、基板1上に形成する圧電体4の配向方向について説明する。図5は、本実施形態における圧電体4の基板1に対する配向方向を示す説明図である。なお、図5では、圧電体4の上下の電極(上部電極5、下部電極3)の図示を省略している。
基板1として用いたSi基板は、成膜時の平坦性、熱分布の均一性、取り扱い時の機械強度を確保するため、圧電体4の成膜時には一定の厚さが必要とされる。容易に入手可能な半導体の製造に使用されるSi基板の厚さは、国際規格(SEMI規格)で定められており、これを表1に示す。なお、これらのSi基板は、円盤状のウェハであり、その直径ごとに厚さが定められている。
A=t2/D ・・・(1)
k=(E・t3)/(12(1−v2))
x=F/k=(s・D・t)・(12(1−v2))/(E・t3)
=(s/E)・(12(1−v2))・(D/t2)
で表わされることになり、D/t2に比例する値となる。これは、t2/Dが大きいほど、基板の反り量xが小さいことを示す。
基板材料:Si/SiO2/Ti/Pt(111)配向
膜厚:Ti30nm、Pt100nm、PZT3μm
基板温度:550℃
圧力:0.5Pa
成膜速度:2μm/h
PZTのZr、Tiの元素をMg、Nbに置き換えたPMN(マグネシウムニオブ酸鉛)や、Znに置き換えたPZN(亜鉛ニオブ酸鉛)など、いわゆるリラクサ材料と呼ばれる物質の単結晶を圧電体として用いると、PZTよりもさらに大きな圧電特性が得られる。しかし、このような単結晶とSiとは、結晶の格子定数が異なるため、Si基板上に単結晶を成長させることはできない。したがって、リラクサ材料を圧電体として薄型の圧電デバイスを得るためには、圧電体と基板とを接合し、その後、基板を研磨して薄型化する必要がある。なお、結晶でないバルク状態の圧電体を用いる場合も、上記と同様に、両者を接合後、基板を研磨して薄型化する必要がある。
4 圧電体
31 基板(シリコン基板)
41 圧電体
Claims (9)
- 圧電デバイスの製造方法であって、
前記圧電デバイスを構成する基板上に圧電体を形成する圧電体形成工程と、
前記圧電体形成工程の後、前記基板における前記圧電体の形成側とは反対側の面を、前記基板が前記圧電デバイスに求められる所望の厚さとなるまで研磨する研磨工程とを有しており、
前記圧電体形成工程では、配向方向が前記基板の面に対して(001)方向となるように、前記基板上に圧電体を形成することを特徴とする圧電デバイスの製造方法。 - 前記圧電体形成工程において、前記基板の直径をDmmとし、前記基板の厚さをtmmとしたときに、A=t2/Dが0.001よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電体形成工程において、A=t2/Dが0.002よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電体は、菱面体晶であり、(111)方向に分極していることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電体は、正方晶であり、(001)方向に分極していることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電体形成工程では、前記基板上に前記圧電体を成膜することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 前記圧電体形成工程は、前記基板と前記圧電体とを接合する接合工程を含んでいることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法。
- 請求項1から8のいずれかに記載の圧電デバイスの製造方法によって製造されたことを特徴とする圧電デバイス。
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Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013164955A1 (ja) * | 2012-05-01 | 2013-11-07 | コニカミノルタ株式会社 | 圧電素子 |
JP7552180B2 (ja) | 2020-01-28 | 2024-09-18 | 株式会社リコー | 液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0738363A (ja) * | 1993-05-18 | 1995-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子部品の加工方法 |
JPH0798460A (ja) * | 1992-10-21 | 1995-04-11 | Seiko Instr Inc | 半導体装置及び光弁装置 |
JPH10202874A (ja) * | 1997-01-24 | 1998-08-04 | Seiko Epson Corp | インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 |
JP2002261335A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-09-13 | Sony Corp | 画像表示装置及び画像表示装置の製造方法 |
JP2005235796A (ja) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Hitachi Cable Ltd | 圧電薄膜素子の製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4387623B2 (ja) * | 2000-12-04 | 2009-12-16 | キヤノン株式会社 | 圧電素子の製造方法 |
JP2004297693A (ja) * | 2003-03-28 | 2004-10-21 | Fujitsu Media Device Kk | 弾性表面波デバイスの製造方法及び弾性表面波デバイス |
JP4997716B2 (ja) * | 2005-06-21 | 2012-08-08 | Tdk株式会社 | 電子デバイスの製造方法 |
JP2009124587A (ja) * | 2007-11-16 | 2009-06-04 | Daishinku Corp | 圧電振動片、圧電振動デバイス、および圧電振動片の製造方法 |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0798460A (ja) * | 1992-10-21 | 1995-04-11 | Seiko Instr Inc | 半導体装置及び光弁装置 |
JPH0738363A (ja) * | 1993-05-18 | 1995-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子部品の加工方法 |
JPH10202874A (ja) * | 1997-01-24 | 1998-08-04 | Seiko Epson Corp | インクジェットプリンタヘッド及びその製造方法 |
JP2002261335A (ja) * | 2000-07-18 | 2002-09-13 | Sony Corp | 画像表示装置及び画像表示装置の製造方法 |
JP2005235796A (ja) * | 2004-02-17 | 2005-09-02 | Hitachi Cable Ltd | 圧電薄膜素子の製造方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9427966B2 (en) | 2013-03-15 | 2016-08-30 | Konica Minolta, Inc. | Inkjet head, method for manufacturing same, and inkjet printer |
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