JP6899238B2 - 圧電素子およびその製造方法 - Google Patents

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。

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）。

特開２０１６−１７９５５５号公報

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。

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。

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。

この発明の一実施形態は、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１１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、圧電素子を提供する。

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。

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。

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。

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、ＩｒＯ_２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ＩｒＯ_２／Ｉｒ／Ｔｉ／Ｐｔ積層膜である。
この発明の一実施形態は、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、圧電素子の製造方法を提供する。

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。
この発明の一実施形態は、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、圧電素子の製造方法を提供する。

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。

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。 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。 図５は、図４のV-V線に沿う断面図である。 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。 図７は、図６の次の工程を示す断面図である。 図８は、図７の次の工程を示す断面図である。 図９は、図８の次の工程を示す断面図である。 図１０は、図９の次の工程を示す断面図である。 図１１は、図１０の次の工程を示す断面図である。 図１２は、図１１の次の工程を示す断面図である。 図１３は、図１２の次の工程を示す断面図である。 図１４は、図１３の次の工程を示す断面図である。

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。

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。

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（ＳｉＯ_２）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。

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。

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。

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。

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、ＳｒＲｕＯ_３（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、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）膜、ＺｒＯ_２（酸化ジルコニウム）膜およびＴｉＯ_２（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。

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。

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（ＰｂＺｒ_ｘＴｉ_１−ｘＯ_３：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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ｄ_３３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ｇ_３３は、前記他方の圧電体膜よりも大きいことが好ましい。

この実施形態では、第２圧電体膜１４としては、圧電歪定数ｄ_３３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ｄ_３３が第２圧電体膜１４よりも小さく、圧電電圧定数ｇ_３３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ｄ_３３が第１圧電体膜１２よりも大きく、圧電電圧定数ｇ_３３が第１圧電体膜１２よりも小さいものが用いられている。

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、ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９（タンタル酸ストロンチウムビスマス），ＦｅＢｉＯ_３（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、ＬｉＮｂＯ_３（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）ＮｂＯ_３（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、ＢａＴｉＯ_３（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。

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。

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。

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、ＩｒＯ_２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ＩｒＯ_２／Ｉｒ／Ｔｉ／Ｐｔ積層膜である。

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ＩｒＯ_２膜（例えば５０ｎｍ厚）を下層とし、Ｉｒ膜（例えば５０ｎｍ厚）を上層とするＩｒ０_２／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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ｄ_３３が第１圧電体膜１２よりも大きく、圧電電圧定数ｇ_３３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ｄ_３３が第１圧電体膜１２よりも小さく、圧電電圧定数ｇ_３３が第１圧電体膜１２よりも大きいものを用いてもよい。

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。

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。

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

Claims (12)

1. 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第１圧電体膜と、
   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配置された第２電極と、
   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電極とを含み、
   前記第２電極には、前記第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、
   前記第１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く、
   前記第２圧電体膜には、平面視において、前記第１開口部および前記第２開口部よりも大きくかつ厚さ方向に貫通する第３開口部が形成されている、圧電素子。
2. 前記平面視において、前記第１開口部における前記第１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、前記第１圧電体膜の厚さ以下である、請求項１に記載の圧電素子。
3. 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。
4. 前記第３開口部は、平面視において、前記第１開口部および前記第２開口部の両方に重なっている部分を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧電素子。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 前記第１圧電体膜上に形成された前記第２電極は、ＩｒＯ_２膜、Ｉｒ膜、Ｔｉ膜およびＰｔ膜が、当該第１圧電体膜側からその順に積層されたＩｒＯ_２／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。
9. 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、
   レジストを用いずに前記第２電極のみ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。
10. 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。
11. 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の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の開口部を形成する工程と、
    前記第２電極のうち、前記第２の開口部によって表面が露出している領域内に、前記第２の開口部に連通しかつ厚さ方向に貫通する第３の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、前記第１圧電体膜をウエットエッチングすることにより、前記第１圧電体膜に前記第３の開口部に連通し厚さ方向に貫通する第４の開口部を形成する工程とを含み、
    前記第２の開口部は、平面視において、前記第３の開口部および前記第４の開口部よりも大きい、圧電素子の製造方法。
12. 前記第４の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。
    

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