JP5790226B2 - Method for manufacturing piezoelectric thin film element - Google Patents

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Description

本発明は、圧電薄膜素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric thin film element.

従来、基板と、基板上に形成された下部電極と、下部電極上に形成された圧電薄膜と、圧電薄膜上に形成された上部電極とを有する圧電薄膜素子が知られている。このような圧電薄膜素子は、角速度センサや加速度センサなどの各種センサ、アクチュエータ、高周波フィルタなどとして用いられる。   Conventionally, a piezoelectric thin film element having a substrate, a lower electrode formed on the substrate, a piezoelectric thin film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the piezoelectric thin film is known. Such a piezoelectric thin film element is used as various sensors such as an angular velocity sensor and an acceleration sensor, an actuator, a high frequency filter, and the like.

特許文献１には、上述のような圧電薄膜素子が開示されている。特許文献１に開示された圧電薄膜素子は、シリコン基板と、シリコン基板上に形成された下部電極と、下部電極上に形成された圧電薄膜と、圧電薄膜上に形成された上部電極とを有する。上部電極及び下部電極のそれぞれは、Ｐｔからなる。圧電薄膜は、ニオブ酸カリウムナトリウム（一般式：（ＫｘＮａ１−ｘ）ＮｂＯ３（０＜ｘ＜１））からなる。 Patent Document 1 discloses a piezoelectric thin film element as described above. The piezoelectric thin film element disclosed in Patent Document 1 includes a silicon substrate, a lower electrode formed on the silicon substrate, a piezoelectric thin film formed on the lower electrode, and an upper electrode formed on the piezoelectric thin film. . Each of the upper electrode and the lower electrode is made of Pt. The piezoelectric thin film is made of potassium sodium niobate (general formula: (K x Na 1-x ) NbO 3 (0 <x <1)).

特開２００９−２９５７８６号公報JP 2009-295786 A

このような圧電薄膜素子では、下部電極を外部素子などと接続するために、エッチングにより圧電薄膜に貫通孔を設けることが考えられる。   In such a piezoelectric thin film element, it is conceivable to provide a through hole in the piezoelectric thin film by etching in order to connect the lower electrode to an external element or the like.

ところが、ニオブ酸カリウムナトリウムのようなアルカリニオブ酸系化合物を主とする材料からなる圧電薄膜は、エッチング液に溶解しにくいため、圧電薄膜のウエットエッチングは困難である。また、アルカリニオブ酸系化合物を主とする材料からなる圧電薄膜は、反応性ガスを用いたドライエッチングによってもエッチングしにくい。よって、アルカリニオブ酸系化合物を主とする材料からなる圧電薄膜に貫通孔を設ける方法としては、アルゴンを主成分とするエッチングガスを用いるドライエッチングやイオンミリングなどが考えられる。   However, since a piezoelectric thin film made of a material mainly composed of an alkali niobate compound such as potassium sodium niobate is difficult to dissolve in an etching solution, wet etching of the piezoelectric thin film is difficult. In addition, a piezoelectric thin film made of a material mainly composed of an alkali niobate compound is difficult to be etched even by dry etching using a reactive gas. Therefore, as a method of providing a through-hole in a piezoelectric thin film made of a material mainly composed of an alkali niobate compound, dry etching or ion milling using an etching gas mainly containing argon can be considered.

アルゴンを主成分とするエッチングガスを用いるドライエッチングにより圧電薄膜に貫通孔を形成する場合、下部電極を確実に露出させるためには、下部電極における外部素子などと接続される部分の上に形成された圧電薄膜を確実に除去する必要がある。しかしながら、アルゴンを主成分とするエッチングガスを用いるドライエッチングでは、圧電薄膜と下部電極とのエッチングの選択比を十分に大きくすることはできない。このため、圧電薄膜だけではなく下部電極まで削り取られてしまい、下部電極が断線してしまうという問題が発生する。   When a through-hole is formed in a piezoelectric thin film by dry etching using an etching gas containing argon as a main component, in order to reliably expose the lower electrode, the lower electrode is formed on a portion connected to an external element or the like. It is necessary to reliably remove the piezoelectric thin film. However, in dry etching using an etching gas containing argon as a main component, the etching selectivity between the piezoelectric thin film and the lower electrode cannot be sufficiently increased. For this reason, not only the piezoelectric thin film but also the lower electrode is scraped off, causing a problem that the lower electrode is disconnected.

このような問題を解決するために、下部電極を厚くすることが考えられる。しかしながら、圧電薄膜素子において、下部電極が厚くなると、さまざまな問題が生じ得る。   In order to solve such a problem, it is conceivable to make the lower electrode thicker. However, in the piezoelectric thin film element, when the lower electrode becomes thick, various problems may occur.

例えば、厚い下部電極は、圧電薄膜と基板との機械的結合を妨げる。これにより、圧電薄膜素子の振動が阻害される。また、下部電極が厚くなると下部電極と基板との段差が大きくなるため、圧電薄膜の結晶性が悪くなり、圧電薄膜素子の特性が劣化することがある。   For example, the thick lower electrode prevents mechanical coupling between the piezoelectric thin film and the substrate. Thereby, the vibration of the piezoelectric thin film element is inhibited. Further, when the lower electrode is thicker, the step between the lower electrode and the substrate becomes larger, so that the crystallinity of the piezoelectric thin film is deteriorated and the characteristics of the piezoelectric thin film element may be deteriorated.

また、下部電極が厚くなることに伴い、製造プロセスが長くなると、製造コストが上がる。特に、下部電極がＰｔなどの貴金属により形成されている場合には、下部電極を厚くすると、材料コストも上がる。   Further, as the lower electrode becomes thicker and the manufacturing process becomes longer, the manufacturing cost increases. In particular, when the lower electrode is formed of a noble metal such as Pt, increasing the thickness of the lower electrode increases the material cost.

本発明は、圧電薄膜の下に形成された電極が薄い圧電薄膜素子を好適に製造し得る方法を提供することを主な目的とする。   The main object of the present invention is to provide a method capable of suitably producing a piezoelectric thin film element having a thin electrode formed under the piezoelectric thin film.

本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法では、第１の電極上の少なくとも一部の上に犠牲層を形成する。犠牲層の上を含め第１の電極の上に圧電薄膜を形成する。圧電薄膜の上に第２の電極を形成する。圧電薄膜の犠牲層の上に位置する部分の少なくとも一部に貫通孔を形成する。犠牲層を除去する。   In the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present invention, a sacrificial layer is formed on at least a part of the first electrode. A piezoelectric thin film is formed on the first electrode including the sacrificial layer. A second electrode is formed on the piezoelectric thin film. A through hole is formed in at least a part of the portion located on the sacrificial layer of the piezoelectric thin film. The sacrificial layer is removed.

本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法のある特定の局面では、平面視した際に、貫通孔の面積が、犠牲層の面積よりも小さくなるように貫通孔を形成する。   In a specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present invention, the through hole is formed so that the area of the through hole is smaller than the area of the sacrificial layer when viewed in plan.

本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法の別の特定の局面では、アルゴンを主成分とするエッチングガスを用いるドライエッチングにより貫通孔を形成する。   In another specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present invention, the through hole is formed by dry etching using an etching gas mainly containing argon.

本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法の他の特定の局面では、ウエットエッチングにより犠牲層を除去する。   In another specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present invention, the sacrificial layer is removed by wet etching.

本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法のさらに他の特定の局面では、犠牲層は酸化亜鉛からなる。   In still another specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present invention, the sacrificial layer is made of zinc oxide.

本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法のさらに別の特定の局面では、圧電薄膜は、アルカリニオブ酸系化合物膜を主とする材料からなる。   In still another specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present invention, the piezoelectric thin film is made of a material mainly composed of an alkali niobic acid compound film.

本発明に係る圧電薄膜素子の製造方法のまた他の特定の局面では、圧電薄膜は、ペロブスカイト型構造を有するアルカリニオブ酸系化合物膜を主とする材料からなる。   In another specific aspect of the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present invention, the piezoelectric thin film is made of a material mainly composed of an alkali niobic acid compound film having a perovskite structure.

本発明によれば、圧電薄膜の下に形成された電極が薄い圧電薄膜素子を好適に製造し得る方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method which can manufacture suitably the piezoelectric thin film element with the thin electrode formed under the piezoelectric thin film can be provided.

本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の製造方法により得られる圧電薄膜素子を示す略図的断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric thin film element obtained by a method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric thin film element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric thin film element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric thin film element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric thin film element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る圧電薄膜素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。It is a schematic sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the piezoelectric thin film element which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。   Hereinafter, an example of the preferable form which implemented this invention is demonstrated. However, the following embodiment is merely an example. The present invention is not limited to the following embodiments.

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。   Moreover, in each drawing referred in embodiment etc., the member which has a substantially the same function shall be referred with the same code | symbol. The drawings referred to in the embodiments and the like are schematically described, and the ratio of the dimensions of the objects drawn in the drawings may be different from the ratio of the dimensions of the actual objects. The dimensional ratio of the object may be different between the drawings. The specific dimensional ratio of the object should be determined in consideration of the following description.

図１は、本実施形態に係る圧電薄膜素子の製造方法により得られる圧電薄膜素子を示す略図的断面図である。図２〜図６のそれぞれは、本実施形態に係る圧電薄膜素子の製造方法を説明するための略図的断面図である。以下、図１〜図６を参照しながら、本実施形態に係る圧電薄膜素子１の製造方法について説明する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a piezoelectric thin film element obtained by the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present embodiment. Each of FIGS. 2 to 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to the present embodiment. Hereinafter, the manufacturing method of the piezoelectric thin film element 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図１に示すように、本実施形態の製造方法により得られる圧電薄膜素子１は、基板２を有する。基板２の上には、第１の電極３が配置されている。第１の電極３は下部電極である。第１の電極３の上には、圧電薄膜４が配置されている。圧電薄膜４の上には、第２の電極５が配置されている。第２の電極５は上部電極である。圧電薄膜４には、第１の電極３の表面の一部が露出するように開口する貫通孔４ａが形成されている。貫通孔４ａは、圧電薄膜４における第２の電極５が形成されていない部分の少なくとも一部に形成されている。貫通孔４ａは、第１の電極３を外部素子などと接続するために設けられている。   As shown in FIG. 1, a piezoelectric thin film element 1 obtained by the manufacturing method of this embodiment has a substrate 2. A first electrode 3 is disposed on the substrate 2. The first electrode 3 is a lower electrode. A piezoelectric thin film 4 is disposed on the first electrode 3. A second electrode 5 is disposed on the piezoelectric thin film 4. The second electrode 5 is an upper electrode. The piezoelectric thin film 4 is formed with a through hole 4a that opens so that a part of the surface of the first electrode 3 is exposed. The through hole 4a is formed in at least a part of the portion of the piezoelectric thin film 4 where the second electrode 5 is not formed. The through hole 4a is provided for connecting the first electrode 3 to an external element or the like.

圧電薄膜素子１を製造するに際しては、図２に示すように、まず基板２を準備する。   When the piezoelectric thin film element 1 is manufactured, a substrate 2 is first prepared as shown in FIG.

基板２を構成する材料は特に限定されない。基板２を構成する材料としては、例えばシリコン；低温焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）、Ａｌ２Ｏ３などの絶縁性セラミックス；ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、水晶などの圧電単結品；ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体；ガラスなどが挙げられる。 The material which comprises the board | substrate 2 is not specifically limited. Examples of the material constituting the substrate 2 include silicon; insulating ceramics such as low-temperature fired ceramics (LTCC) and Al 2 O 3 ; single piezoelectric products such as LiTaO 3 , LiNbO 3 and quartz; SiC, GaAs, GaN, and the like. Semiconductor; glass etc. are mentioned.

基板２の厚さは、通常５０μｍ〜５００μｍ程度である。   The thickness of the substrate 2 is usually about 50 μm to 500 μm.

基板２がシリコンからなる場合、基板２の表層には、基板２を熱処理することにより形成された熱酸化物層が形成されていてもよい。熱酸化物層の厚さは、通常１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度とすることができる。熱酸化物層は、基板２の両表層に形成されていてもよい。   When the substrate 2 is made of silicon, a thermal oxide layer formed by heat-treating the substrate 2 may be formed on the surface layer of the substrate 2. The thickness of the thermal oxide layer can usually be about 100 nm to 1000 nm. The thermal oxide layer may be formed on both surface layers of the substrate 2.

次に、図３に示すように、基板２上に、第１の電極３を形成する。第１の電極３は、例えばスパッタリング法や蒸着法などの成膜方法により形成することができる。   Next, as shown in FIG. 3, the first electrode 3 is formed on the substrate 2. The first electrode 3 can be formed by a film forming method such as a sputtering method or a vapor deposition method.

第１の電極３を構成する材料としては、例えばＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌなどの金属、これらの金属のうちの少なくとも一種を主成分とする合金などが挙げられる。第１の電極３は、単一の材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。また、第１の電極３は、異なる材料からなる層が複数積層された積層体により構成されていてもよい。本実施形態では、第１の電極３は、酸化チタン層と、酸化チタン層の上に形成されたＰｔ層からなる積層金属膜により形成されている。   Examples of the material constituting the first electrode 3 include metals such as Pt, Au, Ag, Ru, Ir, Cu, Ti, and Al, and alloys containing at least one of these metals as a main component. . The first electrode 3 may be composed of a single material or may be composed of a plurality of materials. Further, the first electrode 3 may be constituted by a laminated body in which a plurality of layers made of different materials are laminated. In the present embodiment, the first electrode 3 is formed of a laminated metal film including a titanium oxide layer and a Pt layer formed on the titanium oxide layer.

次に、図４に示すように、第１の電極３の一部の上に、犠牲層６を形成する。犠牲層６は、例えばスパッタリング法などの成膜方法により形成することができる。   Next, as shown in FIG. 4, a sacrificial layer 6 is formed on part of the first electrode 3. The sacrificial layer 6 can be formed by a film forming method such as a sputtering method.

犠牲層６は、後述のエッチング工程において、圧電薄膜４と同等または圧電薄膜４よりもエッチングされにくい材料からなることが好ましい。また、犠牲層６は、ウエットエッチングや反応性ガスを用いたドライエッチングなどの選択性の高いエッチング方法により容易にエッチングできるものであることが好ましい。このような観点から、犠牲層６を構成する材料の好ましい例としては、酸化亜鉛が挙げられる。犠牲層６は、酸化亜鉛により構成されることが好ましい。   The sacrificial layer 6 is preferably made of a material that is equivalent to or less likely to be etched than the piezoelectric thin film 4 in an etching process described later. The sacrificial layer 6 is preferably one that can be easily etched by a highly selective etching method such as wet etching or dry etching using a reactive gas. From such a viewpoint, a preferred example of the material constituting the sacrificial layer 6 is zinc oxide. The sacrificial layer 6 is preferably composed of zinc oxide.

犠牲層６の厚さは、通常１μｍ〜３μｍ程度であり、１μｍ〜２μｍ程度であることが好ましい。犠牲層６が厚すぎると、犠牲層６の周辺の圧電薄膜４に亀裂が生じる場合がある。また、犠牲層６が薄すぎると、圧電薄膜４に貫通孔４ａを形成する際、圧電薄膜４だけではなく、犠牲層６、さらには第１の電極３まで削り取られてしまう可能性がある。   The thickness of the sacrificial layer 6 is usually about 1 μm to 3 μm, and preferably about 1 μm to 2 μm. If the sacrificial layer 6 is too thick, the piezoelectric thin film 4 around the sacrificial layer 6 may crack. If the sacrificial layer 6 is too thin, not only the piezoelectric thin film 4 but also the sacrificial layer 6 and further the first electrode 3 may be scraped off when the through-hole 4 a is formed in the piezoelectric thin film 4.

次に、図５に示すように、犠牲層６の上を含め、第１の電極３の上に圧電薄膜４を形成する。圧電薄膜４は、例えば高周波スパッタリング法などの成膜方法により形成することができる。   Next, as shown in FIG. 5, the piezoelectric thin film 4 is formed on the first electrode 3 including the sacrificial layer 6. The piezoelectric thin film 4 can be formed by a film forming method such as a high frequency sputtering method.

圧電薄膜４を構成する材料としては、例えばアルカリニオブ酸系化合物などが挙げられる。アルカリニオブ酸系化合物は、ペロブスカイト型構造を有するアルカリニオブ酸系化合物であることが好ましい。   Examples of the material constituting the piezoelectric thin film 4 include alkali niobate compounds. The alkali niobate compound is preferably an alkali niobate compound having a perovskite structure.

また、アルカリニオブ酸系化合物は、カリウム、ナトリウム及びニオブを含むニオブ酸カリウムナトリウム系化合物であることが好ましい。ニオブ酸カリウムナトリウム系化合物としては、例えば下記一般式（１）で表される化合物が挙げられる。   The alkali niobate compound is preferably a potassium sodium niobate compound containing potassium, sodium and niobium. Examples of the potassium sodium niobate compound include compounds represented by the following general formula (1).

（Ｋ１−ａ−ｂ／２Ｎａａ−ｂ／２Ａｂ）（Ｎｂ１−ｃＢｃ）Ｏ３ （１）
一般式（１）において、Ａは、Ｌｉ、Ａｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂｉ及びＧｄからなる群から選択された少なくとも１種の元素である。Ｂは、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｃ及びＨｆからなる群から選択された少なくとも１種の元素である。ａ、ｂ及びｃは、０＜ａ≦０．９、０≦ｂ≦０．３、０≦ａ＋ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．３の条件を満たす数である。 (K 1-a-b / 2 Na a-b / 2 A b) (Nb 1-c B c) O 3 (1)
In the general formula (1), A is at least one element selected from the group consisting of Li, Ag, Ca, Sr, Bi, and Gd. B is at least one element selected from the group consisting of Ta, Zr, Ti, Al, Sc and Hf. a, b, and c are numbers satisfying the conditions of 0 <a ≦ 0.9, 0 ≦ b ≦ 0.3, 0 ≦ a + b ≦ 0.9, and 0 ≦ c ≦ 0.3.

なお、圧電薄膜４を構成する材料が、上記一般式（１）で表されるニオブ酸カリウムナトリウム系化合物である場合、圧電薄膜４を形成するための高周波スパッタリング法は、基板２の温度が５００℃〜７００℃程度、Ｏ２の分圧／（Ａｒの分圧＋Ｏ２の分圧）＝０．１、スパッタ圧力が０．３Ｐａ程度となるようにして行うことが好ましい。 In addition, when the material which comprises the piezoelectric thin film 4 is the potassium sodium niobate type compound represented by the said General formula (1), the temperature of the board | substrate 2 is 500 in the high frequency sputtering method for forming the piezoelectric thin film 4. It is preferable to carry out in such a manner that the temperature is about 700 to 700 ° C., O 2 partial pressure / (Ar partial pressure + O 2 partial pressure) = 0.1, and the sputtering pressure is about 0.3 Pa.

圧電薄膜４の厚さは、通常１μｍ〜３μｍ程度であり、２μｍ〜３μｍ程度であることが好ましい。   The thickness of the piezoelectric thin film 4 is usually about 1 μm to 3 μm, and preferably about 2 μm to 3 μm.

次に、図６に示すように、圧電薄膜４の上に、第２の電極５を形成する。具体的には、圧電薄膜４の犠牲層６の上に位置している部分を除いた部分の少なくとも一部の上に、第２の電極５を形成する。第２の電極５は、例えば蒸着法などの成膜方法を利用したリフトオフ法により形成することができる。   Next, as shown in FIG. 6, the second electrode 5 is formed on the piezoelectric thin film 4. Specifically, the second electrode 5 is formed on at least a part of the portion of the piezoelectric thin film 4 excluding the portion located on the sacrificial layer 6. The second electrode 5 can be formed by a lift-off method using a film forming method such as an evaporation method.

なお、第２の電極５を形成する前に、高速熱処理装置（ＲＴＡ装置：Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ装置）などによって圧電薄膜４のをアニール処理してもよい。   Before forming the second electrode 5, the piezoelectric thin film 4 may be annealed by a rapid thermal processing apparatus (RTA apparatus: Rapid Thermal Annealing apparatus) or the like.

第２の電極５を構成する材料としては、例えばＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ａｌなどの金属、これらの金属のうちの少なくとも一種を主成分とする合金などが挙げられる。第２の電極５は、単一の材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。また、第２の電極５は、異なる材料からなる層が複数積層された積層体により構成されていてもよい。第２の電極５と第１の電極３とは、同じ材料により構成されていてもよいし、異なる材料により構成されていてもよい。本実施形態では、第２の電極５は、Ｐｔにより形成されている。   Examples of the material constituting the second electrode 5 include metals such as Pt, Au, Ag, Ru, Ir, Cu, Ti, and Al, and alloys containing at least one of these metals as a main component. . The second electrode 5 may be made of a single material or may be made of a plurality of materials. Further, the second electrode 5 may be configured by a stacked body in which a plurality of layers made of different materials are stacked. The second electrode 5 and the first electrode 3 may be made of the same material or may be made of different materials. In the present embodiment, the second electrode 5 is made of Pt.

次に、図１に示すように、圧電薄膜４の犠牲層６の上に位置する部分の少なくとも一部に、貫通孔４ａを形成する。貫通孔４ａは、例えばアルゴンを主成分とするエッチングガスを用いるドライエッチングにより形成することができる。   Next, as shown in FIG. 1, a through hole 4 a is formed in at least a part of the portion of the piezoelectric thin film 4 located on the sacrificial layer 6. The through hole 4a can be formed by dry etching using, for example, an etching gas mainly containing argon.

次に、貫通孔４ａを通じて、犠牲層６を除去し、第１の電極３の表面の一部を露出させる。犠牲層６を除去する方法は、特に限定されない。犠牲層６の除去は、例えばウエットエッチング、反応性ガスを用いたドライエッチングなどの方法により行うことができる。   Next, the sacrificial layer 6 is removed through the through hole 4a, and a part of the surface of the first electrode 3 is exposed. The method for removing the sacrificial layer 6 is not particularly limited. The sacrificial layer 6 can be removed by a method such as wet etching or dry etching using a reactive gas.

平面視において、貫通孔４ａの面積が犠牲層６の面積よりも小さくなるように貫通孔４ａを形成することが好ましい。このようにすることによって、第１の電極３が、貫通孔４ａを形成する際のエッチングにより損傷することを抑制することができる。   The through hole 4a is preferably formed so that the area of the through hole 4a is smaller than the area of the sacrificial layer 6 in plan view. By doing in this way, it can suppress that the 1st electrode 3 is damaged by the etching at the time of forming the through-hole 4a.

ところで、上述の通り、圧電薄膜に貫通孔を形成する場合、下部電極を確実に露出させるため、下部電極における外部素子などと接続される部分の上に形成された圧電薄膜を確実に除去する必要がある。しかしながら、アルゴンを主成分とするエッチングガスを用いるドライエッチングでは、圧電薄膜と下部電極とのエッチングの選択比を十分に大きくすることができない。このため、圧電薄膜だけでなく下部電極まで削り取られてしまうという問題が発生する。   By the way, as described above, when the through hole is formed in the piezoelectric thin film, it is necessary to surely remove the piezoelectric thin film formed on the portion of the lower electrode connected to the external element or the like in order to expose the lower electrode. There is. However, in dry etching using an etching gas containing argon as a main component, the etching selectivity between the piezoelectric thin film and the lower electrode cannot be sufficiently increased. This causes a problem that not only the piezoelectric thin film but also the lower electrode is scraped off.

例えば、特許文献１などに記載されているように、圧電薄膜は、通常１〜３μｍ程度の厚さを有し、下部電極は、通常１００〜２００ｎｍ程度の厚さを有する。圧電薄膜に貫通孔を形成する場合、圧電薄膜を確実に除去するためには、圧電薄膜の厚さの２０％程度を超えて、圧電薄膜をエッチングすることが好ましい。この場合、例えば圧電薄膜の厚さを２μｍとすると、圧電薄膜の厚さの２０％は０．４μｍとなり、圧電薄膜だけではなく下部電極もエッチングされる。従って、下部電極に貫通孔が形成されてしまい、下部電極を外部素子などと接続することができない上に、下部電極が断線してしまうことがある。   For example, as described in Patent Document 1, the piezoelectric thin film usually has a thickness of about 1 to 3 μm, and the lower electrode usually has a thickness of about 100 to 200 nm. When forming a through-hole in a piezoelectric thin film, in order to remove a piezoelectric thin film reliably, it is preferable to etch a piezoelectric thin film exceeding about 20% of the thickness of a piezoelectric thin film. In this case, for example, if the thickness of the piezoelectric thin film is 2 μm, 20% of the thickness of the piezoelectric thin film becomes 0.4 μm, and not only the piezoelectric thin film but also the lower electrode is etched. Therefore, a through-hole is formed in the lower electrode, the lower electrode cannot be connected to an external element or the like, and the lower electrode may be disconnected.

それに対して、本実施形態では、圧電薄膜４の犠牲層６の上に位置する部分の少なくとも一部に、貫通孔４ａを形成する。このため、圧電薄膜４を確実に除去するために圧電薄膜４の厚さを超えてエッチングを行った場合であっても、圧電薄膜４の下方に位置する犠牲層６がエッチングされるにとどまる。よって、犠牲層６の下方に位置する第１の電極３がエッチングされることを防止することができる。また、貫通孔４ａを形成した後に残存した犠牲層６は、ウエットエッチングや反応性ガスを用いたドライエッチングなどの選択性の高いエッチング方法により、第１の電極３や圧電薄膜４を大きく損傷させることなく容易に除去することができる。従って、第１の電極３の表面の一部が露出するように開口する貫通孔４ａを有する圧電薄膜素子１を好適に製造することができる。   On the other hand, in this embodiment, the through-hole 4a is formed in at least a part of the portion of the piezoelectric thin film 4 located on the sacrificial layer 6. For this reason, even when the etching is performed beyond the thickness of the piezoelectric thin film 4 in order to reliably remove the piezoelectric thin film 4, the sacrificial layer 6 located below the piezoelectric thin film 4 is only etched. Therefore, it is possible to prevent the first electrode 3 positioned below the sacrificial layer 6 from being etched. Further, the sacrificial layer 6 remaining after the through-hole 4a is formed greatly damages the first electrode 3 and the piezoelectric thin film 4 by a highly selective etching method such as wet etching or dry etching using a reactive gas. It can be easily removed without any problems. Therefore, the piezoelectric thin film element 1 having the through hole 4a opened so that a part of the surface of the first electrode 3 is exposed can be preferably manufactured.

特に、犠牲層６が酸化亜鉛により構成されている場合、犠牲層６は、貫通孔４ａを形成するためのドライエッチングによって除去されにくい一方、ウエットエッチングにより容易に選択的に除去することができるため、より好ましい。   In particular, when the sacrificial layer 6 is made of zinc oxide, the sacrificial layer 6 is difficult to remove by dry etching for forming the through hole 4a, but can be easily and selectively removed by wet etching. More preferable.

また、犠牲層６が酸化亜鉛により構成されている場合、成膜温度が高い圧電薄膜４を成膜する際に犠牲層６が高温にさらされたとしても、犠牲層６から第１の電極３や圧電薄膜４への熱拡散はほとんど起こらない。よって、第１の電極３の抵抗値が大きくなったり、圧電薄膜４の結晶性が悪くなるといった問題は起こりにくい。   In the case where the sacrificial layer 6 is made of zinc oxide, even if the sacrificial layer 6 is exposed to a high temperature when the piezoelectric thin film 4 having a high film forming temperature is formed, the sacrificial layer 6 starts with the first electrode 3. And thermal diffusion to the piezoelectric thin film 4 hardly occurs. Therefore, problems such as an increase in the resistance value of the first electrode 3 and a deterioration in crystallinity of the piezoelectric thin film 4 are unlikely to occur.

さらに、犠牲層６が酸化亜鉛により構成されている場合、犠牲層６の表面上に圧電薄膜４を好適に成長させることができる。よって、圧電薄膜４の犠牲層６の上に位置する部分の結晶性の劣化を防止することができる。その結果、圧電薄膜４の犠牲層６の上に位置する部分の圧電特性の低下を抑制することができる。従って、圧電特性に優れた圧電薄膜素子１を得ることができる。   Furthermore, when the sacrificial layer 6 is made of zinc oxide, the piezoelectric thin film 4 can be preferably grown on the surface of the sacrificial layer 6. Therefore, it is possible to prevent the deterioration of the crystallinity of the portion located on the sacrificial layer 6 of the piezoelectric thin film 4. As a result, it is possible to suppress a decrease in piezoelectric characteristics of the portion located on the sacrificial layer 6 of the piezoelectric thin film 4. Therefore, the piezoelectric thin film element 1 having excellent piezoelectric characteristics can be obtained.

なお、本実施形態においては、第２の電極５を形成した後に、圧電薄膜４に貫通孔４ａを形成する例について説明した。ただし、本発明は、これに限定されない。本発明においては、圧電薄膜に貫通孔を形成した後に、第２の電極を形成してもよい。また、犠牲層を除去してから、第２の電極を形成してもよい。   In the present embodiment, an example in which the through hole 4a is formed in the piezoelectric thin film 4 after the second electrode 5 is formed has been described. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, the second electrode may be formed after the through hole is formed in the piezoelectric thin film. Alternatively, the second electrode may be formed after removing the sacrificial layer.

本実施形態では、犠牲層６の全体を除去した例について説明した。ただし、本発明は、これに限定されない。貫通孔が第１の電極の表面の一部が露出するように開口している限りにおいて、犠牲層の一部が圧電薄膜素子に残存していてもよい。   In this embodiment, the example which removed the whole sacrificial layer 6 was demonstrated. However, the present invention is not limited to this. As long as the through hole is opened so that a part of the surface of the first electrode is exposed, a part of the sacrificial layer may remain in the piezoelectric thin film element.

１…圧電薄膜素子
２…基板
３…第１の電極
４…圧電薄膜
４ａ…貫通孔
５…第２の電極
６…犠牲層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piezoelectric thin film element 2 ... Board | substrate 3 ... 1st electrode 4 ... Piezoelectric thin film 4a ... Through-hole 5 ... 2nd electrode 6 ... Sacrificial layer

Claims (6)

第１の電極上の少なくとも一部の上に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層の上を含め前記第１の電極の上に圧電薄膜を形成する工程と、
前記圧電薄膜の前記犠牲層の上に位置している部分を除いた部分の少なくとも一部の上に第２の電極を形成する工程と、
前記圧電薄膜の前記犠牲層の上に位置する部分の少なくとも一部に、アルゴンを主成分とするエッチングガスを用いるドライエッチングにより貫通孔を形成する工程と、
前記犠牲層を除去する工程と、
を備える、圧電薄膜素子の製造方法。 Forming a sacrificial layer on at least a portion of the first electrode;
Forming a piezoelectric thin film on the first electrode including the sacrificial layer;
Forming a second electrode on at least a part of a portion of the piezoelectric thin film excluding a portion located on the sacrificial layer ;
Forming a through hole by dry etching using an etching gas mainly containing argon in at least a part of the piezoelectric thin film located on the sacrificial layer;
Removing the sacrificial layer;
A method for manufacturing a piezoelectric thin film element. 平面視した際に、前記貫通孔の面積が、前記犠牲層の面積よりも小さくなるように前記
貫通孔を形成する、請求項１に記載の圧電薄膜素子の製造方法。 2. The method of manufacturing a piezoelectric thin film element according to claim 1, wherein the through hole is formed so that an area of the through hole is smaller than an area of the sacrificial layer when viewed in a plan view. ウエットエッチングにより前記犠牲層を除去する、請求項１または２に記載の圧電薄膜素子の製造方法。 Removing the sacrificial layer by wet etching, the method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to claim 1 or 2. 前記犠牲層は酸化亜鉛からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子の
製造方法。 The method of manufacturing a piezoelectric thin film element according to any one of claims 1 to 3 , wherein the sacrificial layer is made of zinc oxide. 前記圧電薄膜は、アルカリニオブ酸系化合物膜を主とする材料からなる、請求項１〜４
のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子の製造方法。 The piezoelectric thin film is made of a material mainly containing an alkali niobate-based compound film according to claim 1-4
The manufacturing method of the piezoelectric thin film element as described in any one of these. 前記圧電薄膜は、ペロブスカイト型構造を有するアルカリニオブ酸系化合物膜を主とす
る材料からなる、請求項５に記載の圧電薄膜素子の製造方法。

6. The method for manufacturing a piezoelectric thin film element according to claim 5 , wherein the piezoelectric thin film is made of a material mainly composed of an alkali niobic acid compound film having a perovskite structure.

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