圧電薄膜素子の製造方法
【課題】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。
【解決手段】第１の電極３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３の上に圧電薄膜４を形成する。圧電薄膜４の上に第２の電極５を形成する。圧電薄膜４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がエッチングされるにとどまる。よって、犠牲層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。その後、犠牲層を除去する。
【解決手段】第１の電極３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３の上に圧電薄膜４を形成する。圧電薄膜４の上に第２の電極５を形成する。圧電薄膜４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がエッチングされるにとどまる。よって、犠牲層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。その後、犠牲層を除去する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９５７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
基板２の厚さは、通常５０μｍ〜５００μｍ程度である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電薄膜素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９５７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【発明の効果】
【００１９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
基板２の厚さは、通常５０μｍ〜５００μｍ程度である。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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前記貫通孔を形成する、請求項１または２に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項５】
前記犠牲層は酸化亜鉛からなる、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。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項７】
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６に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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前記貫通孔を形成する、請求項１または２に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項５】
前記犠牲層は酸化亜鉛からなる、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。
【請求項６】
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１〜５のいずれか一項に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【請求項７】
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６に記載の圧電薄膜素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２６２５０（Ｐ２０１３−２６２５０Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５６２３５（Ｐ２０１１−１５６２３５）
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１５日（２０１１．７．１５）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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