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JP2011071467A - Method of manufacturing ferroelectric device - Google Patents

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JP2011071467A
JP2011071467A JP2010056707A JP2010056707A JP2011071467A JP 2011071467 A JP2011071467 A JP 2011071467A JP 2010056707 A JP2010056707 A JP 2010056707A JP 2010056707 A JP2010056707 A JP 2010056707A JP 2011071467 A JP2011071467 A JP 2011071467A
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Japan
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substrate
lower electrode
ferroelectric
film
bonding
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Application number
JP2010056707A
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Japanese (ja)
Inventor
Chomei Matsushima
朝明 松嶋
Norihiro Yamauchi
規裕 山内
Koichi Aizawa
浩一 相澤
Isaku Jinno
伊策 神野
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Electric Works Co Ltd
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Abstract

【課題】強誘電体デバイスの基板材料によらず強誘電体膜の結晶性および性能の向上が可能な強誘電体デバイス(発電デバイスまたは焦電デバイス)の製造方法を提供する。
【解決手段】圧電層(強誘電体膜)24bを素子形成基板(第1の基板)20aに比べて当該圧電層24bとの格子整合性の良い圧電層形成用基板(第2の基板)40の一表面側に形成し、その後、圧電層24b上に下部電極24aを形成し、続いて、圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20とを接合層51を介して接合してから圧電層形成基板40を除去することで下部電極24aおよび圧電層24bを素子形成基板20aに転写する。その後、素子形成基板20aの上記一表面側に上部電極24cを形成することで発電部24を形成してから、素子形成基板20aを加工してフレーム部21、カンチレバー部22および錘部23を有するカンチレバー形成基板20を形成する。
【選択図】図1
A method of manufacturing a ferroelectric device (power generation device or pyroelectric device) capable of improving the crystallinity and performance of a ferroelectric film irrespective of the substrate material of the ferroelectric device is provided.
A piezoelectric layer forming substrate (second substrate) having better lattice matching with a piezoelectric layer (ferroelectric film) 24b than the element forming substrate (first substrate) 20a. After that, the lower electrode 24a is formed on the piezoelectric layer 24b. Subsequently, the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 and the element forming substrate 20 are bonded to the bonding layer 51. Then, by removing the piezoelectric layer forming substrate 40, the lower electrode 24a and the piezoelectric layer 24b are transferred to the element forming substrate 20a. Thereafter, the upper electrode 24c is formed on the one surface side of the element formation substrate 20a to form the power generation unit 24, and then the element formation substrate 20a is processed to have the frame portion 21, the cantilever portion 22, and the weight portion 23. A cantilever forming substrate 20 is formed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、強誘電体膜の圧電効果や焦電効果を利用する強誘電体デバイスの製造方法に関し、特に、圧電効果を利用して振動エネルギを電気エネルギに変換する振動式の発電デバイスや、焦電効果を利用する焦電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a ferroelectric device that uses the piezoelectric effect and pyroelectric effect of a ferroelectric film, and in particular, a vibration-type power generation device that converts vibration energy into electrical energy using the piezoelectric effect, The present invention relates to a method for manufacturing a ferroelectric device used as a pyroelectric device utilizing the pyroelectric effect.

従来から、強誘電体膜の圧電効果や焦電効果を利用する強誘電体デバイスが注目されている。   Conventionally, a ferroelectric device utilizing the piezoelectric effect or pyroelectric effect of a ferroelectric film has attracted attention.

この種の強誘電体デバイスの一例として、従来から、MEMS(micro electro mechanical systems)デバイスの一種として、車の振動や人の動きによる振動などの任意の振動に起因した振動エネルギを電気エネルギに変換する発電デバイスが各所で研究開発されている(例えば、非特許文献1参照)。また、強誘電体デバイスの他の例として、従来から、強誘電体膜の焦電効果を利用する焦電型赤外線センサなどの焦電デバイスが各所で研究開発されている(例えば、特許文献1参照)。なお、圧電効果および焦電効果を示す強誘電体材料としては、例えば、鉛系の酸化物強誘電体の一種であるPZT(:Pb(Zr,Ti)O3)などが広く知られている。 As an example of this type of ferroelectric device, conventionally, as a kind of MEMS (micro electro mechanical systems) device, vibration energy caused by any vibration such as car vibration or vibration caused by human movement is converted into electrical energy. The power generation device to be researched and developed in various places (for example, refer nonpatent literature 1). As other examples of ferroelectric devices, pyroelectric devices such as pyroelectric infrared sensors that use the pyroelectric effect of a ferroelectric film have been researched and developed in various places (for example, Patent Document 1). reference). As a ferroelectric material showing the piezoelectric effect and pyroelectric effect, for example, PZT (: Pb (Zr, Ti) O 3 ), which is a kind of lead-based oxide ferroelectric, is widely known. .

非特許文献1に開示された発電デバイスは、図11に示すように、素子形成基板(ここでは、Si基板)20a’を用いて形成されてフレーム部21’およびフレーム部21’の内側に配置されフレーム部21’に揺動自在に支持されたカンチレバー部(撓み部)22’の先端部に錘部(振動子)23’を有するカンチレバー形成基板20’を備え、カンチレバー部22’に、カンチレバー部22’の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部(圧電変換素子)からなる発電部24’が形成されている。   As shown in FIG. 11, the power generation device disclosed in Non-Patent Document 1 is formed using an element formation substrate (here, Si substrate) 20a ′ and arranged inside the frame portion 21 ′ and the frame portion 21 ′. And a cantilever forming substrate 20 ′ having a weight portion (vibrator) 23 ′ at the tip of a cantilever portion (flexible portion) 22 ′ that is swingably supported by the frame portion 21 ′. The cantilever portion 22 ′ has a cantilever. A power generation unit 24 ′ including a piezoelectric conversion unit (piezoelectric conversion element) that generates an alternating voltage in response to vibration of the unit 22 ′ is formed.

また、上述の発電デバイスは、第1のカバー形成用基板(ここでは、ガラス基板)30a’を用いて形成されカンチレバー形成基板20’の一表面側(図11の上面側)においてフレーム部21’が固着された第1のカバー基板30’と、第2のカバー形成用基板(ここでは、ガラス基板)10a’を用いて形成されカンチレバー形成基板20’の他表面側(図11の下面側)においてフレーム部21’が固着された第2のカバー基板10’とを備えている。   Further, the above-described power generation device is formed using the first cover forming substrate (here, the glass substrate) 30a ′, and the frame portion 21 ′ on one surface side (the upper surface side in FIG. 11) of the cantilever forming substrate 20 ′. Is attached to the first cover substrate 30 ′ and the second cover forming substrate (here, a glass substrate) 10a ′, and the other surface side of the cantilever forming substrate 20 ′ (the lower surface side in FIG. 11). And a second cover substrate 10 ′ to which a frame portion 21 ′ is fixed.

なお、各カバー基板10’,30’と、カンチレバー形成基板20’のカンチレバー部22’と錘部23’とからなる可動部との間には、当該可動部の変位空間16’,36’が形成されている。   In addition, between each cover board | substrate 10 ', 30' and the movable part which consists of the cantilever part 22 'and the weight part 23' of cantilever formation board | substrate 20 ', the displacement space 16', 36 'of the said movable part is provided. Is formed.

上述の発電部24’を構成する圧電変換部は、Pt膜からなる下部電極24a’と、下部電極24a’における撓み部22側とは反対側に形成されたAlN薄膜もしくはPZT薄膜からなる圧電層24b’と、圧電層24b’における下部電極24a’側とは反対側に形成されたAl膜からなる上部電極24c’とで構成されている。   The piezoelectric conversion unit constituting the power generation unit 24 ′ includes a lower electrode 24a ′ made of a Pt film and a piezoelectric layer made of an AlN thin film or a PZT thin film formed on the opposite side of the lower electrode 24a ′ to the bending part 22 side. 24b ′ and an upper electrode 24c ′ made of an Al film formed on the opposite side of the piezoelectric layer 24b ′ from the lower electrode 24a ′ side.

なお、非特許文献1では、発電デバイスの出力を高めるために、圧電層24b’の材料として、比誘電率が小さく、かつ圧電定数e31が大きな圧電材料を採用することが提案されている。 Note that Non-Patent Document 1 proposes to employ a piezoelectric material having a small relative dielectric constant and a large piezoelectric constant e 31 as the material of the piezoelectric layer 24b ′ in order to increase the output of the power generation device.

特許文献1には、強誘電体デバイスの一例として焦電型赤外線センサが例示され、図12に示す構成の強誘電体デバイス(強誘電体素子)が開示されている。図12に示した構成の強誘電体デバイスは、ステンレス金属基板101の一表面上に(100)面に優先配向したMgO薄膜102が形成され、MgO薄膜102上にPt薄膜からなる下部電極103が形成され、下部電極103の特定部分の上にチタン酸鉛系の強誘電体材料であるPb0.9La0.1Ti0.9753からなる強誘電体膜104が形成され、強誘電体膜104上にNi−Cr薄膜からなる上部電極108が形成されている。また、この強誘電体デバイスは、ステンレス金属基板101の上記一表面側に、下部電極103および強誘電体膜104を保護する樹脂層106が形成されるとともに、上部電極108を保護する樹脂層109が形成され、他表面側に保護用の樹脂層107が形成されている。 Patent Document 1 illustrates a pyroelectric infrared sensor as an example of a ferroelectric device, and discloses a ferroelectric device (ferroelectric element) having a configuration shown in FIG. In the ferroelectric device having the configuration shown in FIG. 12, an MgO thin film 102 preferentially oriented in the (100) plane is formed on one surface of a stainless metal substrate 101, and a lower electrode 103 made of a Pt thin film is formed on the MgO thin film 102. The ferroelectric film 104 made of Pb 0.9 La 0.1 Ti 0.975 O 3, which is a lead titanate ferroelectric material, is formed on a specific portion of the lower electrode 103, and Ni is formed on the ferroelectric film 104. An upper electrode 108 made of a -Cr thin film is formed. Further, in this ferroelectric device, a resin layer 106 that protects the lower electrode 103 and the ferroelectric film 104 is formed on the one surface side of the stainless metal substrate 101, and a resin layer 109 that protects the upper electrode 108. The protective resin layer 107 is formed on the other surface side.

また、図12に示した構成の強誘電体デバイスは、ステンレス金属基板101の上記一表面側に、動作時における強誘電体膜104からの熱が分散するのを防止するための空隙層110が形成されている。なお、空隙層110は、ステンレス金属基板101の上記一表面側のMgO薄膜102、下部電極102、強誘電体膜104、上部電極108、樹脂層109などの積層構造部に形成されたエッチングホール105を通してエッチャントを導入してステンレス金属基板101の一部をエッチングすることにより形成されている。   In the ferroelectric device having the configuration shown in FIG. 12, a gap layer 110 for preventing heat from being dispersed from the ferroelectric film 104 during operation is formed on the one surface side of the stainless metal substrate 101. Is formed. Note that the void layer 110 is an etching hole 105 formed in a laminated structure such as the MgO thin film 102, the lower electrode 102, the ferroelectric film 104, the upper electrode 108, and the resin layer 109 on the one surface side of the stainless metal substrate 101. An etchant is introduced through and a part of the stainless metal substrate 101 is etched.

特開平8−321640号公報JP-A-8-321640

R. van Schaijk,et al,「Piezoelectric AlN energy harvesters for wireless autonomoustransducer solutions」,IEEE SENSORS 2008 Conference,2008,p.45-48R. van Schaijk, et al, “Piezoelectric AlN energy harvesters for wireless autonomous transducer solutions”, IEEE SENSORS 2008 Conference, 2008, p.45-48

ところで、図11に示した構成の発電デバイスは、素子形成基板20a’としてSi基板を用い、当該素子形成基板20a’を用いて形成されるカンチレバー形成基板20’のカンチレバー部22’に下部電極24a’と圧電層24b’と上部電極24c’とからなる発電部24’を反応性スパッタ法などにより形成している。   By the way, the power generation device having the configuration shown in FIG. 11 uses a Si substrate as the element formation substrate 20a ′, and the lower electrode 24a on the cantilever portion 22 ′ of the cantilever formation substrate 20 ′ formed using the element formation substrate 20a ′. A power generation unit 24 ′ including “, piezoelectric layer 24 b” and upper electrode 24 c ′ is formed by a reactive sputtering method or the like.

しかしながら、一般的に、単結晶Si基板の一表面側にスパッタ法などの各種の薄膜形成技術により成膜されるPZT薄膜は多結晶であり、単結晶MgO基板の一表面側や単結晶SrTiO3基板の一表面側に成膜される単結晶のPZT薄膜に比べて、結晶性が劣り、圧電定数e31も低い。なお、単結晶Si基板の一表面側に結晶性の優れたPZT薄膜を形成する方法については各所で研究開発が行われているが、充分な結晶性を有するPZT薄膜は得られていないのが現状である。 However, in general, a PZT thin film formed on one surface side of a single crystal Si substrate by various thin film formation techniques such as sputtering is polycrystalline, and one surface side of a single crystal MgO substrate or single crystal SrTiO 3 is formed. Compared with a single crystal PZT thin film formed on one surface side of the substrate, the crystallinity is inferior and the piezoelectric constant e 31 is also low. In addition, research and development have been conducted on various methods for forming a PZT thin film having excellent crystallinity on one surface side of a single crystal Si substrate. However, a PZT thin film having sufficient crystallinity has not been obtained. Currently.

また、一般的に、単結晶Si基板の一表面側にスパッタ法などの各種の薄膜形成技術により成膜されるPZT薄膜においては比誘電率が約500〜1000程度という大きな値になるのに対して、単結晶MgO基板の一表面側や単結晶SrTiO3基板の一表面側に成膜される単結晶のPZT薄膜の比誘電率は150〜300程度の値になることが知られている。 In general, the relative permittivity of a PZT thin film formed on one surface side of a single crystal Si substrate by various thin film forming techniques such as sputtering is as large as about 500 to 1,000. It is known that the relative dielectric constant of a single crystal PZT thin film formed on one surface side of a single crystal MgO substrate or one surface side of a single crystal SrTiO 3 substrate is about 150 to 300.

そこで、発電デバイスの高出力化を図るためには、圧電定数e31を大きく、比誘電率を小さくする必要があるので、上述の素子形成基板20a’としてPZT薄膜との格子整合性の良い単結晶MgO基板もしくは単結晶SrTiO3基板もしくはサファイア基板を用いることが考えられるが、単結晶MgO基板や単結晶SrTiO3基板は単結晶Si基板に比べて脆弱であり機械的強度が弱いので、カンチレバー部22’が破損しやすくなり、信頼性が低下してしまう。また、サファイア基板は、加工が難しく、発電デバイスを製造すること自体が難しい。また、発電デバイスでは、目的や用途に応じた適切な振動特性(周波数特性、Q値など)を有するカンチレバー部22’を形成する必要があるが、振動特性がカンチレバー部22’の材料物性(ヤング率、密度など)に左右される一方で、素子形成基板20a’として単結晶MgO基板もしくは単結晶SrTiO3基板もしくはサファイア基板など、特定の基板材料を用いざるを得ない場合、素子形成基板20a’の材料物性が限定されるため発電デバイスの設計自由度が少なく、所望の振動特性を得ることが難しいことがある。 Therefore, in order to increase the output of the power generation device, it is necessary to increase the piezoelectric constant e 31 and decrease the relative permittivity. Therefore, the above-described element formation substrate 20a ′ is a single unit having good lattice matching with the PZT thin film. It is conceivable to use a crystalline MgO substrate, a single crystal SrTiO 3 substrate, or a sapphire substrate, but the single crystal MgO substrate and the single crystal SrTiO 3 substrate are weaker than the single crystal Si substrate and have a lower mechanical strength. 22 'becomes easy to be damaged, and the reliability is lowered. Further, the sapphire substrate is difficult to process, and it is difficult to manufacture the power generation device itself. Further, in the power generation device, it is necessary to form the cantilever portion 22 ′ having an appropriate vibration characteristic (frequency characteristic, Q value, etc.) according to the purpose and application. However, when a specific substrate material such as a single crystal MgO substrate, a single crystal SrTiO 3 substrate, or a sapphire substrate must be used as the element formation substrate 20a ′, the element formation substrate 20a ′ Since the material physical properties of the power generation device are limited, the design flexibility of the power generation device is small, and it may be difficult to obtain desired vibration characteristics.

また、上述の発電デバイスでは、圧電層24b’の比誘電率をε、発電指数をPとすると、P∝e31 2/εの関係が成り立ち、発電指数Pが大きいほど発電効率が大きくなる。PZTおよびAlNそれぞれの圧電定数e31、比誘電率の一般的な値からみて、発電指数Pに2乗できく圧電定数e31が大きなPZTを採用した方が発電指数Pを大きくできる。しかしながら、圧電層24b’がPZT薄膜により構成された発電デバイスにおいても、より一層の高出力化を図るためには、圧電層24b’の比誘電率を小さくし、かつ圧電定数e31を大きくして発電効率を向上させる必要がある。 Further, in the power generation device described above, when the relative dielectric constant of the piezoelectric layer 24b ′ is ε and the power generation index is P, the relationship P∝e 31 2 / ε is established, and the power generation efficiency increases as the power generation index P increases. From the viewpoint of the general values of the piezoelectric constant e 31 and relative dielectric constant of PZT and AlN, the power generation index P can be increased by adopting PZT that can square the power generation index P and has a large piezoelectric constant e 31 . However, even in a power generation device in which the piezoelectric layer 24b ′ is composed of a PZT thin film, in order to further increase the output, the relative dielectric constant of the piezoelectric layer 24b ′ is reduced and the piezoelectric constant e 31 is increased. Therefore, it is necessary to improve power generation efficiency.

また、図12に示した構成の強誘電体デバイスでは、MgO薄膜102が単結晶薄膜ではなくて(100)面に優先配向したものであり、強誘電体膜104についても、分極軸であるc軸方向に優先的に配向したものである。ここで、特許文献1には、上述の強誘電体膜104のc軸配向率が、94%であることが記載されている。   In the ferroelectric device having the configuration shown in FIG. 12, the MgO thin film 102 is not a single crystal thin film but preferentially oriented in the (100) plane, and the ferroelectric film 104 also has a polarization axis c. It is preferentially oriented in the axial direction. Here, Patent Document 1 describes that the c-axis orientation rate of the above-described ferroelectric film 104 is 94%.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、強誘電体デバイスの基板材料によらず強誘電体膜の結晶性および性能の向上が可能な強誘電体デバイスの製造方法を提供することにある。特に、発電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法については、強誘電体膜からなる圧電層の圧電定数e31を大きくできるとともに比誘電率を小さくでき、且つ、信頼性の高い強誘電体デバイスの製造方法を提供することにある。また、焦電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法については、低コストで強誘電体膜からなる焦電体薄膜の焦電係数の向上が可能な強誘電体デバイスの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned reasons, and its object is to produce a ferroelectric device capable of improving the crystallinity and performance of the ferroelectric film regardless of the substrate material of the ferroelectric device. Is to provide. In particular, with respect to a method for manufacturing a ferroelectric device used as a power generation device, the piezoelectric constant e 31 of a piezoelectric layer made of a ferroelectric film can be increased, the relative permittivity can be decreased, and a highly reliable ferroelectric device. It is in providing the manufacturing method of. Also, as a method for manufacturing a ferroelectric device used as a pyroelectric device, a method for manufacturing a ferroelectric device capable of improving the pyroelectric coefficient of a pyroelectric thin film made of a ferroelectric film at low cost is provided. It is in.

請求項1の発明は、第1の基板を用いて形成されてフレーム部および前記フレーム部に揺動自在に支持されたカンチレバー部を有するカンチレバー形成基板と、前記カンチレバー部に形成され前記カンチレバー部の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部からなる発電部とを備え、前記発電部が、前記カンチレバー部の一表面側に形成された下部電極と、前記下部電極における前記カンチレバー部側とは反対側に形成された圧電層と、前記圧電層における前記下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを有し、前記圧電層が、前記第1の基板とは格子定数差のある強誘電体材料により形成された強誘電体膜からなる発電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法であって、前記強誘電体膜を前記第1の基板に比べて前記強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板の一表面側に形成する強誘電体膜形成工程と、前記強誘電体膜形成工程の後で前記強誘電体膜上に前記下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極形成工程の後で前記第2の基板の前記一表面側の前記下部電極と前記第1の基板とを接合層を介して接合してから前記第2の基板を除去することで前記下部電極および前記強誘電体膜を前記第1の基板に転写する転写工程とを備えることを特徴とする。   According to the first aspect of the present invention, a cantilever-forming substrate is formed using the first substrate and has a frame portion and a cantilever portion that is swingably supported by the frame portion, and the cantilever portion is formed on the cantilever portion. A power generation unit including a piezoelectric conversion unit that generates an AC voltage in response to vibration, and the power generation unit includes a lower electrode formed on one surface side of the cantilever unit, and the cantilever unit side of the lower electrode. A piezoelectric layer formed on the opposite side; and an upper electrode formed on the piezoelectric layer opposite to the lower electrode side. The piezoelectric layer has a lattice constant difference from the first substrate. A method of manufacturing a ferroelectric device used as a power generation device comprising a ferroelectric film formed of a ferroelectric material, wherein the ferroelectric film is made stronger than the first substrate. Forming a ferroelectric film on one surface side of the second substrate having good lattice matching with the body film, and forming the lower electrode on the ferroelectric film after the ferroelectric film forming process A lower electrode forming step, and after the lower electrode forming step, the lower electrode on the one surface side of the second substrate and the first substrate are bonded via a bonding layer, and then the second electrode is formed. And a transfer step of transferring the lower electrode and the ferroelectric film to the first substrate by removing the substrate.

請求項2の発明は、第1の基板の一表面側に形成された下部電極と、前記下部電極における前記第1の基板側とは反対側に形成された焦電体薄膜と、前記焦電体薄膜における前記下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備え、前記焦電体薄膜が、前記第1の基板とは格子定数差のある強誘電体材料により形成された強誘電体膜からなる焦電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法であって、前記第1の基板に比べて前記強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板の一表面側に前記強誘電体膜を形成する強誘電体膜形成工程と、前記強誘電体膜形成工程の後で前記強誘電体膜上に前記下部電極を構成する第1の金属層を形成する第1の金属層形成工程と、前記第1の基板の前記一表面側に形成された第2の金属層と前記第1の金属層形成工程で形成された前記第1の金属層とを常温接合により接合する接合工程と、前記接合工程の後で前記第2の基板を透過する波長のレーザ光を前記第2の基板側から照射し前記強誘電体膜を前記第1の基板の前記一表面側に転写する転写工程とを備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a lower electrode formed on one surface side of a first substrate, a pyroelectric thin film formed on the opposite side of the lower electrode from the first substrate side, and the pyroelectric And a pyroelectric thin film formed of a ferroelectric material having a lattice constant difference from the first substrate. The upper electrode is formed on the opposite side of the body thin film from the lower electrode side. A method of manufacturing a ferroelectric device used as a pyroelectric device made of a body film, wherein the first substrate has a lattice matching with the ferroelectric film that is better than the first substrate on the surface side of the second substrate. A ferroelectric film forming step for forming a ferroelectric film, and a first metal for forming a first metal layer constituting the lower electrode on the ferroelectric film after the ferroelectric film forming step; A layer forming step; a second metal layer formed on the one surface side of the first substrate; A bonding step of bonding the first metal layer formed in the metal layer forming step by room temperature bonding, and laser light having a wavelength that passes through the second substrate after the bonding step. And a transfer step of transferring the ferroelectric film to the one surface side of the first substrate.

請求項3の発明は、第1の基板の一表面側に形成された下部電極と、前記下部電極における前記第1の基板側とは反対側に形成された焦電体薄膜と、前記焦電体薄膜における前記下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備え、前記焦電体薄膜が、前記第1の基板とは格子定数差のある強誘電体材料により形成された強誘電体膜からなる焦電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法であって、前記第1の基板に比べて前記強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板の一表面側に前記強誘電体膜を形成する強誘電体膜形成工程と、前記強誘電体膜形成工程の後で前記強誘電体膜上に前記下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極形成工程の後で前記下部電極と前記第1の基板とを常温硬化型の樹脂接着剤からなる接合層を介して常温で接合する接合工程と、前記接合工程の後で前記第2の基板を透過する波長のレーザ光を前記第2の基板側から照射し前記強誘電体膜を前記第1の基板の前記一表面側に転写する転写工程とを備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a lower electrode formed on one surface side of a first substrate, a pyroelectric thin film formed on the opposite side of the lower electrode from the first substrate side, and the pyroelectric And a pyroelectric thin film formed of a ferroelectric material having a lattice constant difference from the first substrate. The upper electrode is formed on the opposite side of the body thin film from the lower electrode side. A method of manufacturing a ferroelectric device used as a pyroelectric device made of a body film, wherein the first substrate has a lattice matching with the ferroelectric film that is better than the first substrate on the surface side of the second substrate. A ferroelectric film forming step for forming a ferroelectric film, a lower electrode forming step for forming the lower electrode on the ferroelectric film after the ferroelectric film forming step, and a lower electrode forming step. Later, the lower electrode and the first substrate are made of a room temperature curable resin adhesive. A bonding step of bonding at a normal temperature via a bonding layer; and a laser beam having a wavelength that passes through the second substrate after the bonding step is irradiated from the second substrate side to apply the ferroelectric film to the first film. And a transfer step of transferring to the one surface side of the substrate.

請求項4の発明は、請求項1の発明において、前記転写工程では、前記接合層としてAu層もしくは樹脂層を利用し、前記接合後に前記第1の基板をエッチングすることで前記第1の基板を除去することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, in the transfer step, an Au layer or a resin layer is used as the bonding layer, and the first substrate is etched after the bonding. It is characterized by removing.

請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4の発明において、前記強誘電体材料が鉛系の酸化物強誘電体であり、前記第2の基板として、単結晶MgO基板もしくは単結晶SrTiO3基板もしくはサファイア基板を用い、前記第1の基板として、Si基板、SOI(Siliconon Insulator)基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板の群から選択される1つを用いることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the ferroelectric material is a lead-based oxide ferroelectric, and the second substrate is a single crystal MgO substrate or a single crystal SrTiO. Three substrates or sapphire substrates are used, and the first substrate is one selected from the group consisting of a Si substrate, an SOI (Siliconon Insulator) substrate, a metal substrate, a glass substrate, and a polymer substrate.

請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記強誘電体膜形成工程よりも前に前記第2の基板の前記一表面側に前記強誘電体膜の下地であるシード層を形成するシード層形成工程を備え、前記転写工程では、少なくとも前記強誘電体膜と前記下部電極との積層構造を有する積層膜を転写することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the present invention, a seed layer that is a base of the ferroelectric film is formed on the one surface side of the second substrate before the ferroelectric film forming step. A seed layer forming step is provided, and in the transferring step, at least a laminated film having a laminated structure of the ferroelectric film and the lower electrode is transferred.

請求項7の発明は、請求項1の発明において、前記転写工程の後で、前記第1の基板における前記カンチレバー部の先端部に錘部を接着する接着工程を行うことを特徴とする。   A seventh aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, after the transferring step, a bonding step of bonding a weight portion to a tip portion of the cantilever portion in the first substrate is performed.

本発明の強誘電体デバイスの製造方法では、強誘電体デバイスの基板材料によらず強誘電体膜の結晶性および性能の向上が可能となるという効果がある。   The ferroelectric device manufacturing method of the present invention has an effect that the crystallinity and performance of the ferroelectric film can be improved regardless of the substrate material of the ferroelectric device.

また、請求項1の発明では、圧電層の圧電定数e31を大きくできるとともに比誘電率を小さくでき、且つ、信頼性の高い発電デバイスからなる強誘電体デバイスを提供することができるという効果がある。 Further, the invention of claim 1 has an effect that the piezoelectric constant e 31 of the piezoelectric layer can be increased, the relative permittivity can be decreased, and a ferroelectric device including a highly reliable power generation device can be provided. is there.

また、請求項2,3の発明では、低コストで強誘電体膜からなる焦電体薄膜の焦電係数の向上が可能な焦電デバイスからなる強誘電体デバイスを提供することができるという効果がある。   Further, in the inventions of claims 2 and 3, it is possible to provide a ferroelectric device comprising a pyroelectric device capable of improving the pyroelectric coefficient of the pyroelectric thin film comprising a ferroelectric film at low cost. There is.

実施形態1の強誘電体デバイス(発電デバイス)の製造方法を説明するための主要工程断面図である。FIG. 3 is a main process sectional view for explaining the method for manufacturing the ferroelectric device (power generation device) of the first embodiment. 同上の発電デバイスの概略分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view of a power generation device same as the above. 同上の発電デバイスにおける振動子形成基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the vibrator forming substrate in the power generation device same as above. 同上の発電デバイスの要部の概略分解断面図である。It is a general | schematic exploded sectional view of the principal part of an electric power generation device same as the above. 同上の発電デバイスの他の構成例の概略分解断面図である。It is a general | schematic exploded sectional view of the other structural example of an electric power generation device same as the above. 実施形態2の強誘電体デバイス(発電デバイス)の製造方法を説明するための主要工程断面図である。FIG. 10 is a main process sectional view for illustrating the method for manufacturing the ferroelectric device (power generation device) of the second embodiment. 実施形態2の強誘電体デバイス(焦電デバイス)の製造方法を説明するための主要工程断面図である。FIG. 10 is a main process sectional view for illustrating the method for manufacturing the ferroelectric device (pyroelectric device) of the second embodiment. 同上の焦電デバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of a pyroelectric device same as the above. 同上の焦電デバイスの応用例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the application example of the pyroelectric device same as the above. 同上の焦電デバイスの製造時に使用する材料の分光特性図である。It is a spectral characteristic figure of the material used at the time of manufacture of a pyroelectric device same as the above. 従来例を示す発電デバイスの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the electric power generation device which shows a prior art example. 従来例を示す強誘電体デバイスの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the ferroelectric device which shows a prior art example.

(実施形態1)
本実施形態においては、強誘電体デバイスとして発電デバイスを例示する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a power generation device is illustrated as a ferroelectric device.

まず、本実施形態における発電デバイスについて図2〜図4を参照しながら説明し、その後で、製造方法について図1を参照しながら説明する。   First, the power generation device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4, and then the manufacturing method will be described with reference to FIG. 1.

本実施形態における発電デバイスは、素子形成基板20aを用いて形成されてフレーム部21およびフレーム部21の内側に配置されフレーム部21に揺動自在に支持されたカンチレバー部22を有するカンチレバー形成基板20を備え、カンチレバー形成基板20のカンチレバー部22に、当該カンチレバー部22の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部(圧電変換素子)からなる発電部24が形成されている。なお、本実施形態では、素子形成基板20aが、第1の基板を構成している。   The power generation device according to the present embodiment is formed using the element forming substrate 20a, and has a cantilever forming substrate 20 having a frame portion 21 and a cantilever portion 22 that is disposed inside the frame portion 21 and is swingably supported by the frame portion 21. The cantilever portion 22 of the cantilever forming substrate 20 is formed with a power generation portion 24 including a piezoelectric conversion portion (piezoelectric conversion element) that generates an AC voltage in response to vibration of the cantilever portion 22. In the present embodiment, the element formation substrate 20a constitutes the first substrate.

また、発電デバイスは、第1のカバー形成用基板30aを用いて形成されカンチレバー形成基板20の一表面側(図4の上面側)においてフレーム部21に固着された第1のカバー基板30と、第2のカバー形成用基板10aを用いて形成されカンチレバー形成基板20の他表面側(図4の下面側)においてフレーム部21に固着された第2のカバー基板10とを備えている。また、カンチレバー形成基板20におけるカンチレバー部22の先端部には、カンチレバー部22の変位量を大きくするための錘部23が一体に設けられている。   The power generation device includes a first cover substrate 30 formed using the first cover forming substrate 30a and fixed to the frame portion 21 on one surface side (upper surface side in FIG. 4) of the cantilever forming substrate 20. And a second cover substrate 10 formed using the second cover forming substrate 10a and fixed to the frame portion 21 on the other surface side (lower surface side in FIG. 4) of the cantilever forming substrate 20. Further, a weight portion 23 for increasing the amount of displacement of the cantilever portion 22 is integrally provided at the tip end portion of the cantilever portion 22 in the cantilever forming substrate 20.

上述の発電部24を構成する圧電変換部は、下部電極24aと、下部電極24aにおける撓み部22側とは反対側に形成された圧電層24bと、圧電層24bにおける下部電極24a側とは反対側に形成された上部電極24cとで構成されている。   The piezoelectric conversion part constituting the above-described power generation part 24 includes the lower electrode 24a, the piezoelectric layer 24b formed on the opposite side of the lower electrode 24a to the bending part 22 side, and the lower side of the piezoelectric layer 24b opposite to the lower electrode 24a side. The upper electrode 24c is formed on the side.

また、カンチレバー形成基板20の上記一表面側には、下部電極24aおよび上部電極24cそれぞれに金属配線26a,26cを介して電気的に接続されたパッド27a,27bが、フレーム部21に対応する部位で形成されている。ここにおいて、発電部24は、下部電極24aの平面サイズが最も大きく、2番目に圧電層24bの平面サイズが大きく、上部電極24cの平面サイズが最も小さくなるように設計してあり、更に、圧電層24bにおいて下部電極24aおよび上部電極24cそれぞれと接する圧電変換領域のフレーム部21側の端が、フレーム部21と撓み部22との境界に略一致するように設計してある。   Further, on one surface side of the cantilever forming substrate 20, pads 27 a and 27 b electrically connected to the lower electrode 24 a and the upper electrode 24 c through the metal wirings 26 a and 26 c respectively correspond to the frame portion 21. It is formed with. Here, the power generation unit 24 is designed such that the planar size of the lower electrode 24a is the largest, the planar size of the piezoelectric layer 24b is the second largest, and the planar size of the upper electrode 24c is the smallest. The layer 24b is designed so that the end of the piezoelectric conversion region in contact with the lower electrode 24a and the upper electrode 24c on the frame portion 21 side substantially coincides with the boundary between the frame portion 21 and the bent portion 22.

また、カンチレバー形成基板20の上記一表面側には、上部電極24cに電気的に接続される金属配線26cと下部電極24aとの短絡防止用の絶縁層25が、下部電極24aおよび圧電層24bそれぞれにおけるフレーム部21側の端部を覆う形で形成されている。なお、絶縁層25は、シリコン酸化膜により構成してあるが、シリコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜により構成してもよい。また、カンチレバー形成基板20は、素子形成基板20aの一表面側および他表面側それぞれにシリコン酸化膜からなる絶縁膜29a,29bが形成されており、発電部24と素子形成基板20aとが絶縁膜29により電気的に絶縁されている。   Also, on the one surface side of the cantilever forming substrate 20, an insulating layer 25 for preventing a short circuit between the metal wiring 26c electrically connected to the upper electrode 24c and the lower electrode 24a is provided for each of the lower electrode 24a and the piezoelectric layer 24b. Is formed so as to cover the end on the frame part 21 side. The insulating layer 25 is composed of a silicon oxide film, but is not limited to a silicon oxide film, and may be composed of a silicon nitride film. In addition, the cantilever forming substrate 20 is formed with insulating films 29a and 29b made of a silicon oxide film on each of the one surface side and the other surface side of the element forming substrate 20a, and the power generation unit 24 and the element forming substrate 20a are insulating films. 29 is electrically insulated.

また、第1のカバー基板30は、第1のカバー形成用基板30aとして第1のシリコン基板を用いており、第1のカバー形成用基板30aにおけるカンチレバー形成基板20側の一表面に、カンチレバー部22と錘部23とからなる可動部の変位空間をカンチレバー形成基板20との間に形成するための凹所30bが形成されている。   The first cover substrate 30 uses a first silicon substrate as the first cover forming substrate 30a, and the cantilever portion is formed on one surface of the first cover forming substrate 30a on the cantilever forming substrate 20 side. A recess 30 b is formed for forming a displacement space of the movable part composed of 22 and the weight part 23 between the cantilever forming substrate 20.

また、第1のカバー基板30は、第1のカバー形成用基板30aの他表面側に、発電部24で発生した交流電圧を外部へ供給するための出力用電極35,35が形成されており、各出力用電極35,35が、第1のカバー形成用基板30aの上記一表面側に形成された連絡用電極34,34と、第1のカバー形成用基板30aの厚み方向に貫設された貫通孔配線33,33を介して電気的に接続されている。ここで、第1のカバー基板30は、各連絡用電極34,34がカンチレバー形成基板20のパッド27a,27cと接合されて電気的に接続されている。なお、本実施形態では、各出力用電極35,35および各連絡用電極34,34をTi膜とAu膜との積層膜により構成してあるが、これらの材料は特に限定するものではない。また、各貫通孔配線33,33の材料としてはCuを採用しているが、これに限らず、例えば、Ni、Alなどを採用してもよい。   The first cover substrate 30 has output electrodes 35 and 35 for supplying the AC voltage generated by the power generation unit 24 to the outside on the other surface side of the first cover forming substrate 30a. The output electrodes 35 and 35 are provided so as to penetrate the connecting electrodes 34 and 34 formed on the one surface side of the first cover forming substrate 30a and the thickness direction of the first cover forming substrate 30a. They are electrically connected through the through-hole wirings 33 and 33. Here, the first cover substrate 30 is electrically connected with the connection electrodes 34 and 34 joined to the pads 27 a and 27 c of the cantilever forming substrate 20. In the present embodiment, the output electrodes 35 and 35 and the connection electrodes 34 and 34 are formed of a laminated film of a Ti film and an Au film, but these materials are not particularly limited. Moreover, although Cu is adopted as the material of each through-hole wiring 33, 33, it is not limited thereto, and for example, Ni, Al, etc. may be adopted.

本実施形態では、第1のカバー形成用基板30aとして第1のSi基板を用いているので、第1のカバー基板30は、2つの出力用電極35,35同士の短絡を防止するためのシリコン酸化膜からなる絶縁膜32が、第1のカバー形成用基板30aの上記一表面側および上記他表面側と、貫通孔配線33,33が内側に形成された貫通孔31の内周面とに跨って形成されている。なお、第1のカバー形成用基板30aとしてガラス基板のような絶縁性基板を用いる場合には、このような絶縁膜32は設ける必要はない。   In the present embodiment, since the first Si substrate is used as the first cover forming substrate 30a, the first cover substrate 30 is silicon for preventing a short circuit between the two output electrodes 35, 35. An insulating film 32 made of an oxide film is formed on the one surface side and the other surface side of the first cover forming substrate 30a and on the inner peripheral surface of the through hole 31 in which the through hole wirings 33 and 33 are formed. It is formed straddling. In the case where an insulating substrate such as a glass substrate is used as the first cover forming substrate 30a, the insulating film 32 need not be provided.

また、第2のカバー基板10は、第2のカバー形成用基板10aとして第2のSi基板を用いており、第2のカバー形成用基板10aにおけるカンチレバー形成基板20側の一表面に、カンチレバー部22と錘部23とからなる可動部の変位空間をカンチレバー形成基板20との間に形成するための凹所10bが形成されている。なお、第2のカバー形成用基板10aとしても、ガラス基板のような絶縁性基板を用いてもよい。   The second cover substrate 10 uses a second Si substrate as the second cover forming substrate 10a, and a cantilever portion is formed on one surface of the second cover forming substrate 10a on the cantilever forming substrate 20 side. A recess 10 b is formed for forming a displacement space of the movable part composed of 22 and the weight part 23 between the cantilever forming substrate 20. Note that an insulating substrate such as a glass substrate may be used as the second cover forming substrate 10a.

また、上述のカンチレバー形成基板20の上記一表面側には、第1のカバー基板30と接合するための第1の接合用金属層28が形成されており、第1のカバー基板30には、第1の接合用金属層28に接合される第2の接合用金属層(図示せず)が形成されている。ここで、第1の接合用金属層28の材料としては、パッド27cと同じ材料を採用しており、第1の接合用金属層28は、カンチレバー形成基板20の上記一表面上(ここでは、絶縁膜29a上)でパッド27と同じ厚さに形成されている。   Further, a first bonding metal layer 28 for bonding to the first cover substrate 30 is formed on the one surface side of the cantilever forming substrate 20 described above, and the first cover substrate 30 includes: A second bonding metal layer (not shown) bonded to the first bonding metal layer 28 is formed. Here, as the material of the first bonding metal layer 28, the same material as that of the pad 27c is adopted, and the first bonding metal layer 28 is formed on the one surface of the cantilever forming substrate 20 (here, The insulating film 29a is formed to have the same thickness as the pad 27.

カンチレバー形成基板20とカバー基板10,30とは、常温接合法により接合してあるが、常温接合法に限らず、例えば、エポキシ樹脂などを用いた樹脂接合法や、陽極接合法などにより接合してもよい。樹脂接合法では、常温硬化型の樹脂接着剤(例えば、2液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤、1液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤)を用いれば、熱硬化型の樹脂接着剤(例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂系接着剤など)を用いる場合に比べて、接合温度の低温化を図れる。   The cantilever forming substrate 20 and the cover substrates 10 and 30 are bonded by a room temperature bonding method. May be. In the resin bonding method, if a room temperature curable resin adhesive (for example, a two-part room temperature curable epoxy resin adhesive, a one part room temperature curable epoxy resin adhesive) is used, a thermosetting resin adhesive is used. Compared to the case of using a thermosetting epoxy resin adhesive (for example), the bonding temperature can be lowered.

以上説明した発電デバイスでは、発電部24が下部電極24aと圧電層24bと上部電極24cとで構成される圧電変換部により構成されているから、カンチレバー部22の振動によって発電部24の圧電層24bが応力を受け上部電極24cと下部電極24aとに電荷の偏りが発生し、発電部24において交流電圧が発生する。   In the power generation device described above, since the power generation unit 24 is configured by a piezoelectric conversion unit including the lower electrode 24a, the piezoelectric layer 24b, and the upper electrode 24c, the piezoelectric layer 24b of the power generation unit 24 is caused by the vibration of the cantilever unit 22. As a result, stress is biased between the upper electrode 24 c and the lower electrode 24 a, and an AC voltage is generated in the power generation unit 24.

ところで、本実施形態における発電デバイスは、圧電層24bの圧電材料として、鉛系圧電材料の一種であるPZTを採用しており、素子形成基板20aとして、上記一表面が(100)面の単結晶のSi基板を用いているが、鉛系圧電材料は、PZTに限らず、例えば、PZT−PMN(:Pb(Mn,Nb)O3)やその他の不純物を添加したPZTなどを採用してもよい。いずれにしても、圧電層24bの圧電材料は、第1の基板である素子形成基板20aとは格子定数差のある強誘電体材料(PZT、PZT−PMN、不純物を添加したPZTなどの鉛系の酸化物強誘電体)であり、圧電層24bは、当該強誘電体材料により形成された強誘電体膜により構成される。また、素子形成基板20aとして用いるSi基板は、単結晶のSi基板(以下、単結晶Si基板と称する)に限らず、多結晶のSi基板でもよい。 By the way, the power generation device in the present embodiment employs PZT, which is a kind of lead-based piezoelectric material, as the piezoelectric material of the piezoelectric layer 24b, and the element forming substrate 20a is a single crystal having the (100) plane on the one surface. However, the lead-based piezoelectric material is not limited to PZT. For example, PZT-PMN (: Pb (Mn, Nb) O 3 ) or PZT added with other impurities may be used. Good. In any case, the piezoelectric material of the piezoelectric layer 24b is a ferroelectric material (PZT, PZT-PMN, lead-based material such as PZT to which impurities are added) having a lattice constant difference from the element forming substrate 20a as the first substrate. The piezoelectric layer 24b is composed of a ferroelectric film formed of the ferroelectric material. The Si substrate used as the element formation substrate 20a is not limited to a single crystal Si substrate (hereinafter referred to as a single crystal Si substrate), and may be a polycrystalline Si substrate.

また、本実施形態では、下部電極24aの材料としてAu、上部電極24cの材料としてPtを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、下部電極24aの材料としては、例えば、Alを採用してもよく、上部電極24cの材料としては、例えば、Mo,Al,Auなどを採用してもよい。   In this embodiment, Au is used as the material of the lower electrode 24a, and Pt is used as the material of the upper electrode 24c. However, these materials are not particularly limited, and examples of the material of the lower electrode 24a include: Al may be employed, and as the material of the upper electrode 24c, for example, Mo, Al, Au, or the like may be employed.

なお、本実施形態の発電デバイスでは、下部電極24aの厚みを500nm、圧電層24bの厚みを600nm、上部電極24cの厚みを100nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、圧電層24bの比誘電率をε、発電指数をPとすると、P∝e31 2/εの関係が成り立ち、発電指数Pが大きいほど発電効率が大きくなる。 In the power generation device according to the present embodiment, the thickness of the lower electrode 24a is set to 500 nm, the thickness of the piezoelectric layer 24b is set to 600 nm, and the thickness of the upper electrode 24c is set to 100 nm. Not what you want. Further, if the relative dielectric constant of the piezoelectric layer 24b is ε and the power generation index is P, the relationship P∝e 31 2 / ε is established, and the power generation efficiency increases as the power generation index P increases.

以下、本実施形態の発電デバイスの製造方法について図1を参照しながら説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the electric power generation device of this embodiment is demonstrated, referring FIG.

まず、圧電材料(例えば、PZTなど)からなる圧電層24bを単結晶Si基板からなる素子形成基板20aに比べて当該圧電層24bとの格子定数差が小さく格子整合性の良い単結晶MgO基板からなる圧電層形成用基板40(図1(a)参照)の一表面側(図1(a)における上面側)に形成する圧電層形成工程を行い、その後、圧電層24b上に下部電極24aを形成する下部電極形成工程を行い、続いて、図1(a)に示すように圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20とを対向配置する。上述の圧電層形成工程では、圧電層24bをスパッタ法やCVD法やゾルゲル法などにより形成し、下部電極形成工程では、下部電極24aをスパッタ法やCVD法などにより形成すればよい。なお、圧電層形成工程において用いる圧電層形成基板40としては、上記一表面が(001)面で厚さが300μmの単結晶MgO基板を採用しているが、単結晶MgO基板に限らず、上記一表面が(001)面の単結晶SrTiO3基板や上記一表面が(0001)面のサファイア基板などを採用してもよい。また、圧電層形成基板10の厚さは特に限定するものではない。また、本実施形態では、圧電層形成基板40が、第1の基板に比べて強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板を構成し、圧電層形成工程が、強誘電体膜を第1の基板に比べて強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板の一表面側に形成する強誘電体膜形成工程を構成している。 First, a piezoelectric layer 24b made of a piezoelectric material (for example, PZT) is made of a single crystal MgO substrate having a small lattice constant difference from the piezoelectric layer 24b and having good lattice matching as compared with the element forming substrate 20a made of a single crystal Si substrate. A piezoelectric layer forming step is performed on one surface side (upper surface side in FIG. 1A) of the piezoelectric layer forming substrate 40 (see FIG. 1A), and then the lower electrode 24a is formed on the piezoelectric layer 24b. A lower electrode forming step to be formed is performed, and subsequently, the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 and the element forming substrate 20 are arranged to face each other as shown in FIG. In the above-described piezoelectric layer forming step, the piezoelectric layer 24b may be formed by sputtering, CVD, sol-gel, or the like, and in the lower electrode forming step, the lower electrode 24a may be formed by sputtering, CVD, or the like. As the piezoelectric layer forming substrate 40 used in the piezoelectric layer forming step, a single crystal MgO substrate having a (001) surface and a thickness of 300 μm is used as the piezoelectric layer forming substrate. However, the piezoelectric layer forming substrate 40 is not limited to the single crystal MgO substrate. A single crystal SrTiO 3 substrate having one surface of (001) plane or a sapphire substrate having one surface having a (0001) plane may be employed. Further, the thickness of the piezoelectric layer forming substrate 10 is not particularly limited. Further, in the present embodiment, the piezoelectric layer forming substrate 40 constitutes a second substrate having better lattice matching with the ferroelectric film than the first substrate, and the piezoelectric layer forming step is performed by the ferroelectric film. Is formed on the one surface side of the second substrate having good lattice matching with the ferroelectric film as compared with the first substrate.

上述のように圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20とを対向配置した後、圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20とを素子形成基板20の上記一表面側に形成されている接合層51を介して接合する接合工程を行うことによって、図1(b)に示す構造を得る。ここにおいて、本実施形態では、接合層51をAu層により構成してあり、接合層51と素子形成基板20の上記一表面側の絶縁膜29aとの間に密着性改善用のTi層からなる密着層52を介在させてある。なお、本実施形態では、絶縁膜29a,29bを熱酸化法により形成してあり、密着層52の膜厚を15〜50nm、接合層51の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、密着層52の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。また、接合層51を構成するAu層は、Au薄膜に限らず、多数のAu微粒子を堆積させたAu微粒子層でもよい。   As described above, after the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 and the element forming substrate 20 are disposed to face each other, the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40, the element forming substrate 20 and the like. A structure shown in FIG. 1B is obtained by performing a bonding process in which the bonding is performed through the bonding layer 51 formed on the one surface side of the element forming substrate 20. Here, in this embodiment, the bonding layer 51 is composed of an Au layer, and is composed of a Ti layer for improving adhesion between the bonding layer 51 and the insulating film 29a on the one surface side of the element formation substrate 20. An adhesion layer 52 is interposed. In this embodiment, the insulating films 29a and 29b are formed by a thermal oxidation method, the film thickness of the adhesion layer 52 is set to 15 to 50 nm, and the film thickness of the bonding layer 51 is set to 500 nm. The numerical value is an example and is not particularly limited. The material of the adhesion layer 52 is not limited to Ti, and may be, for example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, or the like. The Au layer constituting the bonding layer 51 is not limited to the Au thin film but may be an Au fine particle layer in which a large number of Au fine particles are deposited.

上述の接合工程の後、圧電層形成基板40を除去する基板除去工程を行うことによって、図1(c)に示す構造を得る。ここにおいて、基板除去工程では、例えば、濃度が30%で温度が90℃の燐酸を用いて圧電層形成基板40をエッチングすることで圧電層形成基板40を除去しているが、燐酸の濃度や温度は一例であってこれらの値に限らず、また、Arガスを用いたイオンビームを照射して圧電層形成基板40をエッチングすることで圧電層形成基板40を除去するようにしてもよい。本実施形態では、接合工程と基板除去工程とで、下部電極24aおよび圧電層24bを素子形成基板20aに転写する転写工程を構成している。   After the bonding process described above, a substrate removing process for removing the piezoelectric layer forming substrate 40 is performed, thereby obtaining the structure shown in FIG. Here, in the substrate removing step, for example, the piezoelectric layer forming substrate 40 is removed by etching the piezoelectric layer forming substrate 40 using phosphoric acid having a concentration of 30% and a temperature of 90 ° C. The temperature is an example, and is not limited to these values. Alternatively, the piezoelectric layer forming substrate 40 may be removed by etching the piezoelectric layer forming substrate 40 by irradiation with an ion beam using Ar gas. In the present embodiment, the bonding step and the substrate removing step constitute a transfer step for transferring the lower electrode 24a and the piezoelectric layer 24b to the element forming substrate 20a.

上述の転写工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電層24bをパターニングする圧電層パターニング工程を行ってから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して下部電極24aをパターニングする下部電極パターニング工程を行うことで下部電極24aとパターニング前の下部電極24aの一部からなる金属配線26aおよびパッド27aとを形成し(パターニング後の下部電極24aと金属配線26aとパッド27aとで1つの下部電極24aとみなすこともできる)、その後、素子形成基板20aの上記一表面側に絶縁層25を形成する絶縁層形成工程を行い、続いて、上部電極24cを例えばスパッタ法やCVD法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成する上部電極形成工程と同時に金属配線26cおよびパッド27cをスパッタ法やCVD法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成する配線形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して素子形成基板20を加工してカンチレバー部22および錘部23を形成することでカンチレバー形成基板20を形成する基板加工工程を行うことによって、図1(d)に示す構造を得る。なお、本実施形態では、下部電極パターニング工程を行うことにより金属配線26aおよびパッド27aを形成しているが、これに限らず、下部電極パターニング工程と絶縁層形成工程との間に金属配線26aおよびパッド27aを形成する配線形成工程を別途に設けてもよいし、金属配線26aを形成する金属配線形成工程とパッド27aを形成するパッド形成工程とを別々に設けてもよい。また、絶縁層形成工程では、素子形成基板20aの上記一表面側の全面に絶縁層25をCVD法などにより成膜してからフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングしているが、リフトオフ法を利用して絶縁層25を形成するようにしてもよい。   After the above transfer process, a piezoelectric layer patterning process for patterning the piezoelectric layer 24b using a photolithography technique and an etching technique is performed, and then a lower electrode for patterning the lower electrode 24a using a photolithography technique and an etching technique. By performing the patterning process, the lower electrode 24a and the metal wiring 26a and the pad 27a made up of a part of the lower electrode 24a before patterning are formed (the lower electrode 24a, the metal wiring 26a and the pad 27a after patterning form one lower part). Thereafter, an insulating layer forming step of forming the insulating layer 25 on the one surface side of the element forming substrate 20a is performed, and then the upper electrode 24c is formed into a thin film such as a sputtering method or a CVD method. Utilize formation technology, photolithography technology, etching technology At the same time as the upper electrode forming step, the metal wiring 26c and the pad 27c are formed by using a thin film forming technique such as a sputtering method or a CVD method, a photolithography technique, and an etching technique. By performing the substrate processing step of forming the cantilever portion 22 and the weight portion 23 by processing the element forming substrate 20 using the technology and the etching technology, the process shown in FIG. Get the structure shown. In the present embodiment, the metal wiring 26a and the pad 27a are formed by performing the lower electrode patterning process. However, the present invention is not limited to this, and the metal wiring 26a and the pad 27a are formed between the lower electrode patterning process and the insulating layer forming process. A wiring forming process for forming the pad 27a may be provided separately, or a metal wiring forming process for forming the metal wiring 26a and a pad forming process for forming the pad 27a may be provided separately. In the insulating layer forming step, the insulating layer 25 is formed on the entire surface of the element formation substrate 20a by the CVD method and then patterned using the photolithography technique and the etching technique. The insulating layer 25 may be formed using a method.

上述の基板加工工程の後は、各カバー基板10,30を接合するカバー接合工程を行うことで図1(e)に示す構造の発電デバイスを得る。ここにおいて、カバー接合工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の発電デバイスに分割するようにしている。なお、各カバー基板10,30は、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、薄膜形成工程、めっき工程などの周知の工程を適宜適用して形成すればよい。   After the above-described substrate processing step, a cover joining step for joining the cover substrates 10 and 30 is performed to obtain a power generation device having a structure shown in FIG. Here, after the cover joining process is completed at the wafer level, the dicing process is performed to divide the power generation devices into individual power generation devices. The cover substrates 10 and 30 may be formed by appropriately applying known processes such as a photolithography process, an etching process, a thin film forming process, and a plating process.

以上説明した本実施形態における発電デバイス(強誘電体デバイス)は、素子形成基板(第1の基板)20aを用いて形成されてフレーム部21およびフレーム部21に揺動自在に支持されたカンチレバー部22を有するカンチレバー形成基板20と、カンチレバー部22に形成されカンチレバー部22の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部からなる発電部24とを備え、発電部24が、カンチレバー部22の一表面側に形成された下部電極24aと、下部電極24aにおけるカンチレバー部22側とは反対側に形成され素子形成基板20aとは格子定数差のある圧電材料(強誘電体材料)からなる圧電層(強誘電体膜)24bと、圧電層24bにおける下部電極24a側とは反対側に形成された上部電極24cとを有しており、その製造方法において、圧電層24bを素子形成基板20aに比べて当該圧電層24bとの格子整合性の良い圧電層形成用基板(第2の基板)40の上記一表面側に形成する圧電層形成工程(強誘電体膜形成工程)と、圧電層形成工程の後で圧電層24b上に下部電極24aを形成する下部電極形成工程と、下部電極形成工程の後で圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20aとを接合層51を介して接合してから圧電層形成基板40を除去することで下部電極24aおよび圧電層24bを素子形成基板20aに転写する転写工程とを備えている。   The power generation device (ferroelectric device) in the present embodiment described above is formed using the element forming substrate (first substrate) 20a and is supported by the frame portion 21 and the frame portion 21 so as to be swingable. A cantilever forming substrate 20 and a power generation unit 24 that is formed in the cantilever unit 22 and includes a piezoelectric conversion unit that generates an AC voltage in response to vibration of the cantilever unit 22. A lower electrode 24a formed on the surface side, and a piezoelectric layer (a ferroelectric material) formed of a piezoelectric material (ferroelectric material) formed on the opposite side of the lower electrode 24a from the cantilever 22 side and having a lattice constant difference from the element formation substrate 20a Ferroelectric film) 24b and an upper electrode 24c formed on the opposite side of the piezoelectric layer 24b from the lower electrode 24a side. In the manufacturing method, the piezoelectric layer forming step of forming the piezoelectric layer 24b on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate (second substrate) 40 having better lattice matching with the piezoelectric layer 24b than the element forming substrate 20a. (Ferroelectric film forming step), lower electrode forming step of forming the lower electrode 24a on the piezoelectric layer 24b after the piezoelectric layer forming step, and the one surface of the piezoelectric layer forming substrate 40 after the lower electrode forming step. A transfer step of transferring the lower electrode 24a and the piezoelectric layer 24b to the element forming substrate 20a by removing the piezoelectric layer forming substrate 40 after bonding the lower electrode 24a on the side and the element forming substrate 20a through the bonding layer 51; It has.

しかして、本実施形態の強誘電体デバイス(発電デバイス)の製造方法では、強誘電体デバイスの基板材料(ここでは、第1の基板である素子形成基板20aの材料)によらず強誘電体膜である圧電層24bの結晶性および性能(ここでは、圧電定数e31)の向上が可能となる。 Therefore, in the manufacturing method of the ferroelectric device (power generation device) of the present embodiment, the ferroelectric material is used regardless of the substrate material of the ferroelectric device (here, the material of the element forming substrate 20a which is the first substrate). The crystallinity and performance (here, piezoelectric constant e 31 ) of the piezoelectric layer 24b that is a film can be improved.

しかして、本実施形態の発電デバイスの製造方法によれば、圧電層24bを素子形成基板20aに比べて当該圧電層24bとの格子整合性の良い圧電層形成用基板40の上記一表面側に形成する圧電層形成工程を行ってから、圧電層24b上に下部電極24aを形成し、その後、圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20aとを接合層51を介して接合してから圧電層形成基板40を除去することで下部電極24aおよび圧電層24bを素子形成基板20aに転写するので、素子形成基板20aの上記一表面側に薄膜形成技術により圧電層24bを成膜する場合に比べて圧電層24bの圧電定数e31を大きくできるとともに比誘電率を小さくでき、且つ、素子形成基板20aとして圧電層形成基板40に比べて機械的強度の高いものを用いることにより信頼性の高い発電デバイスを提供することができる。要するに、本実施形態の発電デバイスでは、圧電層24bをAlN薄膜により構成する場合に比べて圧電定数e31を大きくでき、且つ、圧電層24bを素子形成基板20aの上記一表面側に成膜した多結晶のPZT薄膜により構成する場合に比べて、より圧電定数e31を大きくすることが可能となり、発電効率の向上による高出力化を図れ、しかも、圧電層24bを上述の多結晶のPZT薄膜により構成する場合に比べて比誘電率を小さくできて寄生容量の低減による発電効率の向上を図れる。 Therefore, according to the method for manufacturing the power generation device of the present embodiment, the piezoelectric layer 24b is placed on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 having a better lattice matching with the piezoelectric layer 24b than the element forming substrate 20a. After the piezoelectric layer forming step to be formed, the lower electrode 24a is formed on the piezoelectric layer 24b, and then the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 and the element forming substrate 20a are bonded to the bonding layer 51. Since the lower electrode 24a and the piezoelectric layer 24b are transferred to the element forming substrate 20a by removing the piezoelectric layer forming substrate 40 after bonding, the piezoelectric layer 24b is formed on the one surface side of the element forming substrate 20a by a thin film forming technique. The piezoelectric constant e 31 of the piezoelectric layer 24b can be increased and the relative dielectric constant can be reduced as compared with the case where the film is formed, and the element forming substrate 20a is compared with the piezoelectric layer forming substrate 40. In addition, a highly reliable power generation device can be provided by using a device having high mechanical strength. In short, in the power generation device of the present embodiment, the piezoelectric constant e 31 can be increased as compared with the case where the piezoelectric layer 24b is composed of an AlN thin film, and the piezoelectric layer 24b is formed on the one surface side of the element forming substrate 20a. The piezoelectric constant e 31 can be further increased as compared with the case where the polycrystalline PZT thin film is used, and the output can be increased by improving the power generation efficiency. Moreover, the piezoelectric layer 24b is formed of the polycrystalline PZT thin film. Therefore, the relative permittivity can be reduced as compared with the case of the above configuration, and the power generation efficiency can be improved by reducing the parasitic capacitance.

また、本実施形態の発電デバイスの製造方法によれば、カンチレバー部22の材料の選択肢が多くなって、発電デバイスの設計自由度が多くなるとともに、所望の振動特性の発電デバイスの製造が容易になり、多様な振動特性の発電デバイスの実現が可能となる。   In addition, according to the method for manufacturing a power generation device of the present embodiment, the choice of material for the cantilever portion 22 is increased, the design freedom of the power generation device is increased, and the generation of a power generation device having desired vibration characteristics is facilitated. Thus, it is possible to realize power generation devices having various vibration characteristics.

また、本実施形態の発電デバイスの製造方法では、転写工程において、接合層51としてAu層を利用し、接合後に圧電層形成基板40をエッチングすることで圧電層形成基板40を除去するようにしているので、下部電極24aをAu層により構成しておくことで下部電極24aのAu層と接合層51のAu層とを(つまり、Au層同士を)、常温接合法などにより低温で直接接合することができ、また、接合後に圧電層形成基板40をエッチングすることで圧電層形成基板40を除去するので、転写工程のプロセス温度の低温化を図れ、転写工程において圧電層24bの特性が劣化するのを防止することができる。また、転写工程において接合層51としてエポキシ樹脂などからなる樹脂層を利用してもよく、この場合も共晶接合法などに比べて低温で接合することができる。なお、Au同士を直接接合する場合には、常温接合法に限らず、適宜の加熱(例えば、100℃)と荷重を付加する直接接合でもよい。   In the power generation device manufacturing method of the present embodiment, an Au layer is used as the bonding layer 51 in the transfer step, and the piezoelectric layer forming substrate 40 is removed by etching the piezoelectric layer forming substrate 40 after bonding. Therefore, by forming the lower electrode 24a with an Au layer, the Au layer of the lower electrode 24a and the Au layer of the bonding layer 51 (that is, the Au layers) are directly bonded at a low temperature by a room temperature bonding method or the like. In addition, since the piezoelectric layer forming substrate 40 is removed by etching after bonding, the process temperature of the transfer process can be lowered, and the characteristics of the piezoelectric layer 24b are deteriorated in the transfer process. Can be prevented. Further, in the transfer process, a resin layer made of an epoxy resin or the like may be used as the bonding layer 51. In this case, bonding can be performed at a lower temperature than in the eutectic bonding method. In addition, when directly bonding Au to each other, not only the room temperature bonding method but also direct bonding by applying appropriate heating (for example, 100 ° C.) and a load may be used.

また、本実施形態の発電デバイスの製造方法では、圧電層24bの圧電材料が鉛系圧電材料であり、圧電層形成基板40として、単結晶MgO基板もしくは単結晶SrTiO3基板もしくはサファイア基板を用いているので、結晶性の良好な圧電層24bを形成することができ、また、素子形成基板20aとして、単結晶Si基板を用いているので、信頼性の向上および低コスト化を図れる。 In the power generation device manufacturing method of the present embodiment, the piezoelectric material of the piezoelectric layer 24b is a lead-based piezoelectric material, and the piezoelectric layer forming substrate 40 is a single crystal MgO substrate, a single crystal SrTiO 3 substrate, or a sapphire substrate. Therefore, the piezoelectric layer 24b with good crystallinity can be formed, and since the single crystal Si substrate is used as the element forming substrate 20a, the reliability can be improved and the cost can be reduced.

ここで、素子形成基板20aとしては、例えば、図5に示すように、単結晶シリコン基板からなる支持基板120a上のシリコン酸化膜からなる絶縁層(埋込酸化膜)120b上に単結晶のシリコン層(活性層)120cを有するSOI基板120を用いてもよく、この場合は、製造時において、SOI基板120の絶縁層120bをカンチレバー部22の形成時のエッチングストッパ層として利用することでカンチレバー部22の厚さの高精度化を図れるとともに、信頼性の向上および低コスト化を図れる。   Here, as the element formation substrate 20a, for example, as shown in FIG. 5, single crystal silicon is formed on an insulating layer (buried oxide film) 120b made of a silicon oxide film on a support substrate 120a made of a single crystal silicon substrate. The SOI substrate 120 having the layer (active layer) 120c may be used. In this case, the cantilever portion can be obtained by using the insulating layer 120b of the SOI substrate 120 as an etching stopper layer when forming the cantilever portion 22 in manufacturing. The thickness of 22 can be increased, and the reliability can be improved and the cost can be reduced.

また、素子形成基板20aとしては、金属基板(例えば、SUS基板、Ti基板など)、ガラス基板、ポリマー基板の群から選択される1つを用いてもよく、これらのいずれか1つを用いた場合にも、信頼性の向上を図れるが、機械的強度の観点からは、金属基板やガラス基板を用いることが好ましい。なお、ポリマー基板のポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどを採用すればよい。   Further, as the element formation substrate 20a, one selected from the group of a metal substrate (for example, a SUS substrate, a Ti substrate, etc.), a glass substrate, and a polymer substrate may be used, and any one of these is used. Even in this case, although the reliability can be improved, it is preferable to use a metal substrate or a glass substrate from the viewpoint of mechanical strength. In addition, what is necessary is just to employ | adopt polyethylene terephthalate etc. as a polymer of a polymer substrate, for example.

また、上述の転写工程では、圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20aとを接合層51を介して接合してから、圧電層形成基板40を透過する波長のレーザ光を圧電層形成基板40側から照射し下部電極24aおよび圧電層24bを素子形成基板20aの上記一表面側に転写して、圧電層形成基板40を剥離するようにしてもよい。このような転写工程を行う場合には、高価な圧電層形成基板40を再利用することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。   Further, in the transfer step described above, the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 and the element forming substrate 20a are bonded via the bonding layer 51, and then the wavelength of the wavelength that passes through the piezoelectric layer forming substrate 40 is increased. The piezoelectric layer forming substrate 40 may be peeled off by irradiating laser light from the piezoelectric layer forming substrate 40 side and transferring the lower electrode 24a and the piezoelectric layer 24b to the one surface side of the element forming substrate 20a. When such a transfer process is performed, the expensive piezoelectric layer forming substrate 40 can be reused, and the cost can be reduced.

(実施形態2)
本実施形態における強誘電体デバイスである発電デバイスの基本構成は実施形態1と略同じであって、図6(e)に示すように、上部電極24cと圧電層24bとの間に、圧電層24bの成膜時の下地であり導電性酸化物材料の一種であるSrRuO3からなるシード層24dが介在している点などが相違する。ここで、シード層24dの材料は、SrRuO3に限らず、(Pb,La)TiO3もしくはPbTiO3でもよい。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
The basic configuration of the power generation device, which is a ferroelectric device in the present embodiment, is substantially the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 6E, a piezoelectric layer is interposed between the upper electrode 24c and the piezoelectric layer 24b. The difference is that a seed layer 24d made of SrRuO 3 , which is a base for the film formation of 24b and is a kind of conductive oxide material, is interposed. Here, the material of the seed layer 24d is not limited to SrRuO 3, and may be (Pb, La) TiO 3 or PbTiO 3 . In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

以下、本実施形態の発電デバイスの製造方法について図6を参照しながら説明するが、実施形態1と同様の工程については説明を適宜省略する。   Hereinafter, although the manufacturing method of the electric power generation device of this embodiment is demonstrated, referring FIG. 6, description is abbreviate | omitted suitably about the process similar to Embodiment 1. FIG.

まず、一表面が(001)面の単結晶MgO基板もしくは一表面が(001)面の単結晶SrTiO3基板もしくは一表面が(0001)面のサファイア基板からなる圧電層形成基板40との構成整合性の良い金属材料(例えば、Ptなど)からなる上部電極24cを圧電層形成基板40の上記一表面側に形成する上部電極形成工程を行ってから、上部電極24c上に圧電層24bの下地であって例えばSrRuO3からなるシード層24dを形成するシード層形成工程を行い、その後、圧電材料(例えば、PZTなど)からなる圧電層24bを圧電層形成用基板40の上記一表面側に形成する圧電層形成工程を行い、その後、圧電層24b上に下部電極24aを形成する下部電極形成工程を行い、続いて、図6(a)に示すように圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20とを対向配置する。上述の上部電極形成工程では、上部電極24cとして(001)配向のPt薄膜からなる上部電極24cをスパッタ法や蒸着法などにより成膜し、シード層形成工程では、(110)配向のSrRuO3薄膜からなるシード層24dをスパッタ法やMOCVD法などにより成膜すればよい。 First, the configuration matching with a single crystal MgO substrate having one surface of (001) plane, a single crystal SrTiO 3 substrate having one surface of (001) plane, or a piezoelectric layer forming substrate 40 made of a sapphire substrate having one surface of (0001) plane. After performing the upper electrode forming step of forming the upper electrode 24c made of a good metal material (for example, Pt) on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40, the base layer of the piezoelectric layer 24b is formed on the upper electrode 24c. Then, for example, a seed layer forming step for forming a seed layer 24d made of SrRuO 3 is performed, and then a piezoelectric layer 24b made of a piezoelectric material (for example, PZT or the like) is formed on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40. A piezoelectric layer forming step is performed, and then a lower electrode forming step for forming the lower electrode 24a on the piezoelectric layer 24b is performed, and then the piezoelectric layer is formed as shown in FIG. The lower electrode 24a on the one surface side of the substrate 40 and the element forming substrate 20 are arranged to face each other. In the above-described upper electrode forming step, the upper electrode 24c made of a (001) -oriented Pt thin film is formed as the upper electrode 24c by sputtering or vapor deposition, and in the seed layer forming step, the (110) -oriented SrRuO 3 thin film is formed. The seed layer 24d may be formed by sputtering or MOCVD.

上述のように圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20とを対向配置した後、圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20とを素子形成基板20の上記一表面側に形成されている接合層51を介して接合する接合工程を行うことによって、図6(b)に示す構造を得る。   As described above, after the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 and the element forming substrate 20 are disposed to face each other, the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40, the element forming substrate 20 and the like. A structure shown in FIG. 6B is obtained by performing a bonding process in which the bonding is performed through the bonding layer 51 formed on the one surface side of the element formation substrate 20.

上述の接合工程の後、圧電層形成基板40を除去する基板除去工程を行うことによって、図6(c)に示す構造を得る。なお、実施形態1と同様、接合工程と基板除去工程とで、転写工程を構成している。   After the bonding step described above, a substrate removing step for removing the piezoelectric layer forming substrate 40 is performed, thereby obtaining the structure shown in FIG. As in the first embodiment, the bonding process and the substrate removing process constitute a transfer process.

上述の転写工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上部電極24cをパターニングする上部電極パターニング工程、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシード層24dをパターニングするシード層パターニング工程、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して圧電層24bをパターニングする圧電層パターニング工程を行ってから、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して下部電極24aをパターニングする下部電極パターニング工程を行うことで下部電極24aとパターニング前の下部電極24aの一部からなる金属配線26aおよびパッド27aとを形成し(パターニング後の下部電極24aと金属配線26aとパッド27aとで1つの下部電極24aとみなすこともできる)、その後、素子形成基板20aの上記一表面側に絶縁層25を形成する絶縁層形成工程を行い、続いて、金属配線26cおよびパッド27cをスパッタ法やCVD法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成する配線形成工程を行い、その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して素子形成基板20を加工してカンチレバー部22および錘部23を形成することでカンチレバー形成基板20を形成する基板加工工程を行うことによって、図6(d)に示す構造を得る。   After the above transfer process, an upper electrode patterning process for patterning the upper electrode 24c using a photolithography technique and an etching technique, a seed layer patterning process for patterning a seed layer 24d using a photolithography technique and an etching technique, A lower electrode is formed by performing a piezoelectric layer patterning process for patterning the piezoelectric layer 24b using a lithography technique and an etching technique, and then performing a lower electrode patterning process for patterning the lower electrode 24a using a photolithography technique and an etching technique. 24a and a metal wiring 26a and a pad 27a made up of a part of the lower electrode 24a before patterning (the lower electrode 24a after patterning, the metal wiring 26a and the pad 27a constitute one lower electrode 24a). Thereafter, an insulating layer forming step of forming the insulating layer 25 on the one surface side of the element formation substrate 20a is performed, and then the metal wiring 26c and the pad 27c are formed into a thin film such as a sputtering method or a CVD method. A wiring formation process is performed using technology, photolithography technology, and etching technology, and then the element formation substrate 20 is processed using photolithography technology and etching technology to form the cantilever portion 22 and the weight portion 23. Thus, the substrate processing step for forming the cantilever forming substrate 20 is performed to obtain the structure shown in FIG.

上述の基板加工工程の後は、各カバー基板10,30を接合するカバー接合工程を行えばよく、このカバー接合工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うようにすればよい。なお、各カバー基板10,30は、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、薄膜形成工程、めっき工程などの周知の工程を適宜適用して形成すればよい。   After the above-described substrate processing process, a cover bonding process for bonding the cover substrates 10 and 30 may be performed. After the cover bonding process is completed at the wafer level, a dicing process is performed. Good. The cover substrates 10 and 30 may be formed by appropriately applying known processes such as a photolithography process, an etching process, a thin film forming process, and a plating process.

しかして、本実施形態の発電デバイスの製造方法によれば、圧電層形成工程よりも前に圧電層形成基板40の上記一表面側に圧電層24bの下地であってSrRuO3もしくは(Pb,La)TiO3もしくはPbTiO3からなるシード層24dを形成するシード層形成工程を備え、転写工程では、上部電極24cとシード層24dと圧電層24bと下部電極24aとの積層構造を有する積層膜を転写するので、圧電層24bの格子歪を抑制することができて圧電層24bの結晶性を更に向上できる。なお、転写工程においては、少なくとも圧電層24bと下部電極24aとの積層構造を有する積層膜を転写するようにすればよく、圧電層24bと下部電極24aとの積層構造を有する積層膜を転写した後で上部電極24cを形成するようにしてもよい。 Thus, according to the method for manufacturing the power generation device of the present embodiment, the SrRuO 3 or (Pb, La) is the base of the piezoelectric layer 24b on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 before the piezoelectric layer forming step. ) A seed layer forming step of forming a seed layer 24d made of TiO 3 or PbTiO 3 is provided. In the transfer step, a laminated film having a laminated structure of the upper electrode 24c, the seed layer 24d, the piezoelectric layer 24b, and the lower electrode 24a is transferred. Therefore, the lattice strain of the piezoelectric layer 24b can be suppressed, and the crystallinity of the piezoelectric layer 24b can be further improved. In the transfer step, at least the laminated film having the laminated structure of the piezoelectric layer 24b and the lower electrode 24a may be transferred, and the laminated film having the laminated structure of the piezoelectric layer 24b and the lower electrode 24a is transferred. The upper electrode 24c may be formed later.

また、上述の転写工程では、圧電層形成基板40の上記一表面側の下部電極24aと素子形成基板20aとを接合層51を介して接合してから、圧電層形成基板40を透過する波長のレーザ光を圧電層形成基板40側から照射し上部電極24cとシード層24dと圧電層24bと下部電極24aとの積層構造を有する積層膜を素子形成基板20aの上記一表面側に転写して、圧電層形成基板40を剥離するようにしてもよい。このような転写工程を行う場合には、高価な圧電層形成基板40を再利用することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。   Further, in the transfer step described above, the lower electrode 24a on the one surface side of the piezoelectric layer forming substrate 40 and the element forming substrate 20a are bonded via the bonding layer 51, and then the wavelength of the wavelength that passes through the piezoelectric layer forming substrate 40 is increased. Laser light is irradiated from the piezoelectric layer forming substrate 40 side, and a laminated film having a laminated structure of the upper electrode 24c, the seed layer 24d, the piezoelectric layer 24b, and the lower electrode 24a is transferred to the one surface side of the element forming substrate 20a. The piezoelectric layer forming substrate 40 may be peeled off. When such a transfer process is performed, the expensive piezoelectric layer forming substrate 40 can be reused, and the cost can be reduced.

ところで、実施形態1,2の発電デバイスは、カンチレバー部22の先端部に錘部23が設けられているので、錘部23を有していない場合に比べて、発電量を大きくすることができるが、転写工程の後で、素子形成基板20aにおけるカンチレバー部22の先端部に錘部23を接着剤などにより接着する接着工程を行うようにしてもよく、この場合は、転写工程の後でカンチレバー部22の先端部に錘部23を接着するので、錘部23の形状および材料それぞれの設計自由度が高くなり、より発電量の大きな発電デバイスを製造することが可能となるとともに、カンチレバー部22および錘部23それぞれを自由につくることができて製造プロセスの自由度が高くなる。   By the way, since the power generation device of Embodiment 1, 2 is provided with the weight part 23 in the front-end | tip part of the cantilever part 22, it can enlarge electric power generation compared with the case where it does not have the weight part 23. However, after the transfer process, an adhesion process may be performed in which the weight part 23 is adhered to the tip of the cantilever part 22 in the element forming substrate 20a with an adhesive or the like. In this case, the cantilever is performed after the transfer process. Since the weight portion 23 is bonded to the tip portion of the portion 22, the design freedom of the shape and material of the weight portion 23 is increased, and a power generation device with a larger power generation amount can be manufactured, and the cantilever portion 22 can be manufactured. In addition, each of the weight portions 23 can be freely formed, and the degree of freedom of the manufacturing process is increased.

(実施形態3)
本実施形態においては、強誘電体デバイスとして焦電デバイスを例示する。
(Embodiment 3)
In this embodiment, a pyroelectric device is illustrated as a ferroelectric device.

まず、本実施形態における焦電デバイスについて図8(c)および図9を参照しながら説明し、その後で、製造方法について図7および図8を参照しながら説明する。   First, the pyroelectric device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8C and 9, and then the manufacturing method will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

本実施形態における焦電デバイスは、図8(c)に示すように、第1の基板220aの一表面側に形成された下部電極224aと、下部電極224aにおける第1の基板220a側とは反対側に形成された焦電体薄膜224bと、焦電体薄膜224bにおける下部電極224a側とは反対側に形成された上部電極224cとを備え、焦電体薄膜224aが、第1の基板220aとは格子定数差のある焦電材料により形成されている。   As shown in FIG. 8C, the pyroelectric device according to the present embodiment has a lower electrode 224a formed on one surface side of the first substrate 220a and the lower electrode 224a opposite to the first substrate 220a side. A pyroelectric thin film 224b formed on the side, and an upper electrode 224c formed on the opposite side of the pyroelectric thin film 224b from the lower electrode 224a side. The pyroelectric thin film 224a is connected to the first substrate 220a. Are formed of pyroelectric materials having a lattice constant difference.

ところで、本実施形態における焦電デバイスは、焦電体薄膜224bの焦電材料として、鉛系の酸化物強誘電体の一種であるPZTを採用しており、第1の基板220aとして、上記一表面が(100)面の単結晶のSi基板を用いているが、鉛系の酸化物強誘電体は、PZTに限らず、例えば、PZT−PLT、PLTやPZT−PMNなどやその他の不純物を添加したPZT系強誘電体などを採用してもよい。いずれにしても、焦電体薄膜224bの焦電材料は、第1の基板220aとは格子定数差のある強誘電体材料(PZT、PZT−PMN、不純物を添加したPZTなどの鉛系の酸化物強誘電体)であり、焦電体薄膜224bは、当該強誘電体材料により形成された強誘電体膜により構成される。また、第1の基板220aとして用いるSi基板は、単結晶のSi基板(以下、単結晶Si基板と称する)に限らず、多結晶のSi基板でもよい。   By the way, the pyroelectric device in this embodiment employs PZT which is a kind of lead-based oxide ferroelectric as the pyroelectric material of the pyroelectric thin film 224b. A (100) -plane single crystal Si substrate is used, but the lead-based oxide ferroelectric is not limited to PZT, for example, PZT-PLT, PLT, PZT-PMN, and other impurities. You may employ | adopt the added PZT type ferroelectric substance. In any case, the pyroelectric material of the pyroelectric thin film 224b is a ferroelectric material having a lattice constant difference from the first substrate 220a (PZT, PZT-PMN, lead-based oxidation such as PZT doped with impurities). The pyroelectric thin film 224b is composed of a ferroelectric film formed of the ferroelectric material. The Si substrate used as the first substrate 220a is not limited to a single crystal Si substrate (hereinafter referred to as a single crystal Si substrate), but may be a polycrystalline Si substrate.

また、本実施形態では、下部電極224aの材料として、Auを採用し、上部電極224cの材料として、Ni−Cr、Ni、金黒などの導電性を有する赤外線吸収材料を採用しており、下部電極224aと焦電体薄膜224bと上部電極224cとでセンシングエレメント230を構成しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、下部電極224aの材料としては、例えば、Al、Cuなどを採用してもよく、上部電極224cの材料としては、例えば、SrRuO3などの、上述の強誘電体材料(PZTなど)との格子整合性の良い酸化物導電性材料を採用してもよい。ここで、上部電極224cの材料として、上述の導電性を有する赤外線吸収材料を採用した場合には、上部電極24が赤外線吸収膜を兼ねることとなるが、SrRuO3などの酸化物導電性材料を採用した場合、センシングエレメント230としては、上部電極24c上に赤外線吸収膜を設ければよく、この赤外線吸収膜の材料としては、例えば、Ni−Cr、Ni、金黒、SiO2、Si34、SiONなどを採用すればよい。 In the present embodiment, Au is used as the material of the lower electrode 224a, and an infrared absorbing material having conductivity such as Ni—Cr, Ni, gold black, etc. is used as the material of the upper electrode 224c. The sensing element 230 is configured by the electrode 224a, the pyroelectric thin film 224b, and the upper electrode 224c. However, these materials are not particularly limited, and examples of the material of the lower electrode 224a include Al and Cu. As the material of the upper electrode 224c, for example, an oxide conductive material having good lattice matching with the above-described ferroelectric material (PZT or the like) such as SrRuO 3 may be used. Here, when the above-described infrared absorbing material having conductivity is adopted as the material of the upper electrode 224c, the upper electrode 24 also serves as the infrared absorbing film, but an oxide conductive material such as SrRuO 3 is used. If employed, the sensing element 230, may be provided an infrared absorption film on the upper electrode 24c, as the material of the infrared absorption film, for example, Ni-Cr, Ni, gold black, SiO 2, Si 3 N 4 , SiON, etc. may be adopted.

また、第1の基板220aとしては、単結晶Si基板に限らず、金属基板(例えば、SUS基板、Ti基板など)、ガラス基板、ポリマー基板の群から選択される1つを用いてもよい。なお、ポリマー基板のポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリイミドなどを採用すればよい。   Further, the first substrate 220a is not limited to a single crystal Si substrate, and may be one selected from the group consisting of a metal substrate (for example, a SUS substrate, a Ti substrate, etc.), a glass substrate, and a polymer substrate. As the polymer for the polymer substrate, for example, polyethylene terephthalate (PET) or polyimide may be employed.

上述の焦電デバイスを焦電型赤外線センサとして用いる場合には、例えば、図9(a)〜(d)に示すように、第1の基板220aの他表面側に、センシングエレメント230を上記一表面側に備えた第1の基板220aを支持する支持基板210を第1の基板22aと接合してもよい。支持基板210には、熱絶縁用の空隙211を形成して、センシングエレメント230と支持基板210とを熱絶縁することが好ましい。ここで、支持基板210としては、例えば、単結晶Si基板、ガラス基板、ポリマー基板(例えば、PET基板など)の群から選択される1つを用いればよい。支持基板210を設けずに、第1の基板220aに、熱絶縁用の空隙211を形成してもよく、第1の基板220aに空隙211を設ける場合には、第1の基板220aの上記一表面側からのエッチングにより形成してもよいし、第1の基板220aの上記他表面側からのエッチングにより形成してもよいい。   When the above pyroelectric device is used as a pyroelectric infrared sensor, for example, as shown in FIGS. 9A to 9D, the sensing element 230 is disposed on the other surface side of the first substrate 220a. The support substrate 210 that supports the first substrate 220a provided on the front surface side may be bonded to the first substrate 22a. It is preferable that a thermal insulation gap 211 is formed in the support substrate 210 to thermally insulate the sensing element 230 and the support substrate 210. Here, as the support substrate 210, for example, one selected from the group of a single crystal Si substrate, a glass substrate, and a polymer substrate (for example, a PET substrate) may be used. Without providing the support substrate 210, the thermal insulation gap 211 may be formed in the first substrate 220a. When the gap 211 is provided in the first substrate 220a, the above-described one of the first substrate 220a is provided. It may be formed by etching from the front surface side or by etching from the other surface side of the first substrate 220a.

上述の図9(a),(b)に示した構成の焦電型赤外線センサは、センシングエレメント230を1つだけ備えている。また、図9(c),(d)に示した構成の焦電型赤外線センサは、複数のセンシングエレメント230が2次元アレイ状に配列された赤外線アレイセンサ(赤外線イメージセンサ)であり、各センシングエレメント230それぞれが画素を構成している。   The pyroelectric infrared sensor having the configuration shown in FIGS. 9A and 9B includes only one sensing element 230. Also, the pyroelectric infrared sensor having the configuration shown in FIGS. 9C and 9D is an infrared array sensor (infrared image sensor) in which a plurality of sensing elements 230 are arranged in a two-dimensional array. Each element 230 constitutes a pixel.

なお、本実施形態の焦電デバイスでは、下部電極224aの厚みを100nm、焦電体薄膜224bの厚みを1μm〜3μm、上部電極224cの厚みを50nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。   In the pyroelectric device according to the present embodiment, the thickness of the lower electrode 224a is set to 100 nm, the thickness of the pyroelectric thin film 224b is set to 1 μm to 3 μm, and the thickness of the upper electrode 224c is set to 50 nm. However, there is no particular limitation.

本実施形態の焦電デバイスは、焦電体薄膜224bの焦電係数をγ〔C/(cm2・K)〕、誘電率をε、焦電デバイスの性能指数をFγ〔C/(cm2・J)〕とすると、Fγ∝γ/εの関係が成り立ち、焦電体薄膜224bの焦電係数γが大きいほど、焦電デバイスの性能指数Fγが大きくなる。 In the pyroelectric device of this embodiment, the pyroelectric coefficient of the pyroelectric thin film 224b is γ [C / (cm 2 · K)], the dielectric constant is ε, and the performance index of the pyroelectric device is F γ [C / (cm 2 · J)], the relationship of F γ ∝γ / ε is established, and as the pyroelectric coefficient γ of the pyroelectric thin film 224b increases, the performance index F γ of the pyroelectric device increases.

以下、本実施形態の焦電デバイスの製造方法について図7および図8を参照しながら説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the pyroelectric device of this embodiment will be described with reference to FIGS.

まず、単結晶Si基板からなる第1の基板220aに比べて当該焦電体薄膜224bとの格子整合性の良い単結晶MgO基板からなる第2の基板240(図7(a)参照)の一表面側(図7(a)における上面側)に、焦電体薄膜224bの下地となるPt膜、あるいは、下側のPt膜と上側のSrRuO3膜との積層膜などからなるシード層(緩衝層)224dを形成するシード層形成工程(緩衝層形成工程)を行い、続いて、シード層224d上に焦電材料(例えば、PZTなど)からなる焦電体薄膜224bを形成する焦電体薄膜形成工程を行うことによって、図7(a)に示す構造を得る。シード層224dおよび焦電体薄膜224bは、RFマグネトロンスパッタ法により形成しており、基板温度は600℃〜700℃とした。第2の基板240としては、上記一表面が(001)面で厚さが300μmの単結晶MgO基板を採用しているが、単結晶MgO基板に限らず、上記一表面が(001)面の単結晶SrTiO3基板や上記一表面が(0001)面のサファイア基板などを採用してもよい。また、第2の基板240の厚さは特に限定するものではない。なお、本実施形態では、焦電体薄膜形成工程が、焦電体薄膜224bである強誘電体膜を第1の基板220aに比べて強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板240の上記一表面側に形成する強誘電体膜形成工程を構成している。 First, one of the second substrates 240 (see FIG. 7A) made of a single crystal MgO substrate having a better lattice matching with the pyroelectric thin film 224b than the first substrate 220a made of a single crystal Si substrate. On the surface side (upper surface side in FIG. 7A), a seed layer (buffer) composed of a Pt film as a base of the pyroelectric thin film 224b, or a laminated film of a lower Pt film and an upper SrRuO 3 film Layer) 224d is formed, and then a pyroelectric thin film 224b made of a pyroelectric material (such as PZT) is formed on the seed layer 224d. By performing the forming step, the structure shown in FIG. 7A is obtained. The seed layer 224d and the pyroelectric thin film 224b are formed by an RF magnetron sputtering method, and the substrate temperature is 600 ° C. to 700 ° C. As the second substrate 240, a single crystal MgO substrate having the above (001) plane and a thickness of 300 μm is adopted as the second substrate 240, but is not limited to a single crystal MgO substrate, and the above one surface has a (001) plane. A single crystal SrTiO 3 substrate or a sapphire substrate having one surface of the (0001) plane may be employed. Further, the thickness of the second substrate 240 is not particularly limited. In the present embodiment, the pyroelectric thin film forming step is a step in which the ferroelectric film, which is the pyroelectric thin film 224b, is compared with the first substrate 220a, and the second substrate has better lattice matching with the ferroelectric film. A ferroelectric film forming step 240 is formed on the one surface side.

上述の焦電体薄膜形成工程の後、焦電体薄膜224b上(焦電体薄膜224bにおける第2の基板240側とは反対側)に下部電極224aを構成する第1のAu層からなる第1の金属層251を形成する第1の金属層形成工程(下部電極形成工程)を行うことによって、図7(b)に示す構造を得る。   After the pyroelectric thin film forming step described above, the first Au layer comprising the first Au layer constituting the lower electrode 224a on the pyroelectric thin film 224b (on the opposite side of the pyroelectric thin film 224b from the second substrate 240 side). By performing a first metal layer forming step (lower electrode forming step) for forming one metal layer 251, the structure shown in FIG. 7B is obtained.

その後、第1の基板220aの上記一表面側に形成された第2のAu層からなる第2の金属層252と、第1の金属層形成工程で形成された第1の金属層251とを、対向配置する(図7(c))。なお、第1の金属層251および第2の金属層252それぞれは、スパッタ法、蒸着法、CVD法などにより形成すればよい。また、第1の金属層251および第2の金属層252それぞれの膜厚は、100nmに設定してあるが、これらの数値は一例であり、特に限定するものではない。   Thereafter, the second metal layer 252 made of the second Au layer formed on the one surface side of the first substrate 220a and the first metal layer 251 formed in the first metal layer forming step are Are arranged opposite to each other (FIG. 7C). Note that each of the first metal layer 251 and the second metal layer 252 may be formed by a sputtering method, an evaporation method, a CVD method, or the like. Moreover, although the film thickness of each of the first metal layer 251 and the second metal layer 252 is set to 100 nm, these numerical values are examples and are not particularly limited.

上述の図7(c)のように第2の金属層252と第2の基板240の第1の金属層251とを対向配置した後、第2の金属層252と第1の金属層251とを常温接合により接合する接合工程を行うことによって、図7(d)に示す構造を得る。この接合工程を行うことにより、焦電体薄膜224bと第1の基板220aとが、第1の金属層251からなる下部電極224aと第2の金属層252とを介して接合される。ここでは、第1の金属層251と第2の金属層252との両方をAu層により構成しており、第1の金属層251と第2の金属層252とを常温接合する際の材料の組み合わせがAu−Auの組み合わせとなっている。この接合工程では、接合前に互いの接合表面(第1の金属層251および第2の金属層252それぞれの表面)へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で適宜の荷重を印加して直接接合する。この接合工程でのAu−Auの組み合わせでの常温接合のプロセス条件の一例を挙げれば、例えば、アルゴンのイオンビームを照射する際の真空度を1×10−5Pa以下、加速電圧を100V、照射時間を160秒とし、接合時の荷重を20kN、接合時間を300秒とすればよい。 After the second metal layer 252 and the first metal layer 251 of the second substrate 240 are arranged to face each other as shown in FIG. 7C, the second metal layer 252 and the first metal layer 251 The structure shown in FIG. 7 (d) is obtained by performing a bonding process for bonding the films by room temperature bonding. By performing this bonding step, the pyroelectric thin film 224 b and the first substrate 220 a are bonded via the lower electrode 224 a made of the first metal layer 251 and the second metal layer 252. Here, both the first metal layer 251 and the second metal layer 252 are composed of Au layers, and the material used when the first metal layer 251 and the second metal layer 252 are bonded at room temperature is used. The combination is an Au-Au combination. In this bonding step, each bonding surface is irradiated with argon plasma, an ion beam, or an atomic beam in vacuum before bonding to the bonding surfaces (the surfaces of the first metal layer 251 and the second metal layer 252). After performing the cleaning and activation, the bonding surfaces are brought into contact with each other and directly bonded by applying an appropriate load at room temperature. An example of process conditions for room-temperature bonding with a combination of Au—Au in this bonding step is, for example, a vacuum degree when irradiating an argon ion beam is 1 × 10 −5 Pa or less, an acceleration voltage is 100 V, The irradiation time may be 160 seconds, the bonding load may be 20 kN, and the bonding time may be 300 seconds.

なお、第1の金属層251と第2の金属層252との材料の組み合わせは、Au−Auの組み合わせに限らず、例えば、Au−AuSn、Al−Al、Cu−Cuなどの組み合わせでも常温接合することができる。また、第1の金属層251からなる下部電極224aに第2の金属層252が接合されて電気的に接続されるから、結果的に、第1の金属層251と第2の金属層252とで下部電極とみなすこともできる。   Note that the combination of materials of the first metal layer 251 and the second metal layer 252 is not limited to the combination of Au—Au, and for example, a combination of Au—AuSn, Al—Al, Cu—Cu, etc. can do. In addition, since the second metal layer 252 is joined and electrically connected to the lower electrode 224a made of the first metal layer 251, as a result, the first metal layer 251 and the second metal layer 252 It can also be regarded as a lower electrode.

上述の接合工程の後、図7(e)に示すように、第2の基板240を透過する波長のレーザ光LBを第2の基板240側から照射し焦電体薄膜224bを第1の基板220aの上記一表面側に転写する転写工程を行い、図7(f)に示すように、第1の基板220aと第2の基板240とを引き離すことにより、第2の基板240を剥離する剥離工程を行う。なお、転写工程では、焦電体薄膜224bだけでなくシード層224dも第1の基板220a側に転写する。要するに、転写工程では、シード層224dと焦電体薄膜224bと下部電極224aとの積層膜を第1の基板220a側に転写する。   After the above-described bonding step, as shown in FIG. 7E, the pyroelectric thin film 224b is irradiated to the first substrate by irradiating the second substrate 240 with laser light LB having a wavelength that transmits the second substrate 240. A transfer step of transferring to the one surface side of 220a is performed, and the second substrate 240 is peeled off by separating the first substrate 220a and the second substrate 240 as shown in FIG. Perform the process. In the transfer step, not only the pyroelectric thin film 224b but also the seed layer 224d is transferred to the first substrate 220a side. In short, in the transfer step, the laminated film of the seed layer 224d, the pyroelectric thin film 224b, and the lower electrode 224a is transferred to the first substrate 220a side.

ところで、MgO、PZT、Ptそれぞれは図10に示すような分光特性を有しているので、レーザ光LBの波長によっては、焦電体薄膜224bでのレーザ光LBの吸収により、焦電体薄膜224bの物性が変化する可能性がある。そこで、第2の基板240として単結晶MgO基板を用い、焦電体薄膜224bの焦電材料である強誘電体材料としてPZTを採用し、シード層224dの材料として、PZTと同様に400nm以上の光を吸収する酸化物導電性材料であるSrRuO3、LaNiO3などを採用している場合には、転写工程において照射するレーザ光LBの波長を、焦電体薄膜224bの強誘電体材料での光吸収の起こらない波長(400nm未満)とする必要がある。この場合、レーザ光源として、例えば、波長が248nmのKrFエキシマレーザを用い、5〜15mJ/mm2程度のエネルギ密度のレーザ光LBを室温下で照射すればよい。この場合のレーザ光源としては、KrFエキシマレーザに限らず、例えば、波長が193nmのArFエキシマレーザや、波長が355nmのTHG−YAGレーザなどを用いてもよいし、基本波の波長が750nm〜1100nmにあるフェムト秒レーザ(例えば、Ti:サファイアレーザなど)の3倍波をレーザ光LBとしてもよい。これに対し、シード層224dをPt膜、あるいは、Pt膜とSrRuO3膜との積層膜により構成している場合には、Pt膜によりレーザ光LBが反射されるので、転写工程において照射するレーザ光LBの波長を必ずしも400nm未満とする必要はなく、波長が248nmのKrFエキシマレーザや波長が193nmのArFエキシマレーザやフェムト秒レーザの3倍波に限らず、フェムト秒レーザの基本波をレーザ光LBとして照射してもよい。 By the way, since MgO, PZT, and Pt each have spectral characteristics as shown in FIG. 10, depending on the wavelength of the laser light LB, the pyroelectric thin film is absorbed by the pyroelectric thin film 224b. The physical properties of 224b may change. Therefore, a single crystal MgO substrate is used as the second substrate 240, PZT is adopted as the ferroelectric material that is the pyroelectric material of the pyroelectric thin film 224b, and the material of the seed layer 224d is 400 nm or more like PZT. In the case where SrRuO 3 , LaNiO 3 or the like that is an oxide conductive material that absorbs light is employed, the wavelength of the laser beam LB irradiated in the transfer process is determined by the ferroelectric material of the pyroelectric thin film 224b. It is necessary to set the wavelength so that light absorption does not occur (less than 400 nm). In this case, for example, a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm may be used as the laser light source, and laser light LB having an energy density of about 5 to 15 mJ / mm 2 may be irradiated at room temperature. The laser light source in this case is not limited to a KrF excimer laser, and for example, an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm, a THG-YAG laser having a wavelength of 355 nm, or the like, and a fundamental wavelength of 750 nm to 1100 nm may be used. The third harmonic of the femtosecond laser (for example, Ti: sapphire laser) may be used as the laser beam LB. On the other hand, when the seed layer 224d is composed of a Pt film or a laminated film of a Pt film and an SrRuO 3 film, the laser beam LB is reflected by the Pt film, and therefore the laser irradiated in the transfer process The wavelength of the light LB does not necessarily need to be less than 400 nm. The fundamental wave of the femtosecond laser is not limited to the KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, the ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm, or the third harmonic of the femtosecond laser. You may irradiate as LB.

上述の剥離工程の後、図8(a)に示すように焦電体薄膜224bにおける下部電極224a側とは反対側のシード層224dがPt膜、あるいは、Pt膜とSrRuO3膜との積層膜である場合には、シード層224dをイオンビームエッチングなどにより除去するシード層除去工程を行うことによって、図8(b)に示す構造を得る。なお、シード層224dを除去するのは、Pt膜が赤外線を反射する性質を有しているからであり、シード層224dがPt膜とSrRuO3膜との積層膜の場合には、Pt膜のみ除去してもよいし、積層膜を除去してもよい。 After the above-described peeling step, as shown in FIG. 8A, the seed layer 224d opposite to the lower electrode 224a side in the pyroelectric thin film 224b is a Pt film, or a laminated film of a Pt film and a SrRuO 3 film. In such a case, a structure shown in FIG. 8B is obtained by performing a seed layer removing step of removing the seed layer 224d by ion beam etching or the like. The seed layer 224d is removed because the Pt film has a property of reflecting infrared rays. When the seed layer 224d is a laminated film of a Pt film and an SrRuO 3 film, only the Pt film is used. It may be removed or the laminated film may be removed.

上述のシード層除去工程の後、Ni−Cr、Ni、金黒などからなる上部電極224cをスパッタ法、蒸着法、CVD法などにより形成することによって、図8(c)に示す構造の焦電デバイスを得る。この図8(c)の構造では、上部電極224cが赤外線吸収膜としての機能も有する。   After the seed layer removal step described above, the upper electrode 224c made of Ni—Cr, Ni, gold black, or the like is formed by sputtering, vapor deposition, CVD, or the like, so that the pyroelectric structure having the structure shown in FIG. Get the device. In the structure of FIG. 8C, the upper electrode 224c also has a function as an infrared absorption film.

これに対して、上述の剥離工程の後、図8(a)に示すように焦電体薄膜224bにおける下部電極224a側とは反対側に、SrRuO3膜を上部電極224cとして残し、当該上部電極224c上に、例えば、Ni−Cr、Ni、金黒などからなる赤外線吸収膜を形成してもよい。 On the other hand, after the above-described peeling step, the SrRuO 3 film is left as the upper electrode 224c on the opposite side of the pyroelectric thin film 224b from the lower electrode 224a side as shown in FIG. An infrared absorption film made of, for example, Ni—Cr, Ni, gold black, or the like may be formed on 224c.

図8(c)の構造の焦電デバイスを得た後、当該焦電デバイスを、熱絶縁(断熱)のための空隙211を設けた支持基板210(図9(a)〜(d)参照)に貼り付けて適宜のパターニングを行うことにより、焦電型赤外線センサを得る。あるいは、図8(c)の焦電デバイスを得た後で、第1の基板220aを上記一表面側もしくは上記他表面側からエッチングして熱絶縁(断熱)のための空隙を形成してもよい。   After obtaining the pyroelectric device having the structure shown in FIG. 8C, the pyroelectric device is provided with a support substrate 210 provided with a gap 211 for thermal insulation (heat insulation) (see FIGS. 9A to 9D). A pyroelectric infrared sensor is obtained by attaching to the substrate and performing appropriate patterning. Alternatively, after obtaining the pyroelectric device of FIG. 8C, the first substrate 220a may be etched from the one surface side or the other surface side to form a gap for thermal insulation (heat insulation). Good.

上述の製造方法において、焦電材料としてPZTを採用し、第2の基板240の上記一表面側に50nmのPt膜、50nmのSrRuO3膜を順次形成した後、RFマグネトロンスパッタ法によりPZT薄膜を成膜する際のプロセス条件として、第2の基板240の温度である基板温度(成膜温度)を600℃、RFパワー密度を4.5W/cm2、膜厚を2μmとした場合、成膜されたPZT薄膜は、c軸配向エピタキシャル膜であり、PZT薄膜からなる焦電体薄膜224b(この焦電体薄膜224bは分極処理を行っていない)の焦電係数γは、γ=4.5×10-8〔C/(cm2・K)〕、焦電デバイスの性能指数Fγは、0.7×10-10〔C/(cm2・J)〕であった。焦電係数γが4.5×10-8〔C/(cm2・K)〕という値は、これまでに報告されている中で大きな焦電係数γが得られている刊行物1〔Ryoichi Takayama and Yoshihiro Tomita, ”Preparation of epitaxialPb(ZrxTi1-x)O3 thin films and theircrystallographic, pyroelectric, and ferroelectric properties”, Journal ofApplied Physics , Vol.65, 1989,p1666-1670〕や、刊行物2〔高山 良一 執筆、「強誘電体薄膜集積化技術」、サイエンスフォーラム社、1992年2月発行、p.47〕に記載のPZT薄膜の焦電係数γに匹敵する値であり、結晶性の良好なPZT薄膜が得られている。 In the above-described manufacturing method, PZT is adopted as the pyroelectric material, a 50 nm Pt film and a 50 nm SrRuO 3 film are sequentially formed on the one surface side of the second substrate 240, and then a PZT thin film is formed by RF magnetron sputtering. As the process conditions for film formation, when the substrate temperature (film formation temperature) that is the temperature of the second substrate 240 is 600 ° C., the RF power density is 4.5 W / cm 2 , and the film thickness is 2 μm, the film formation is performed. The formed PZT thin film is a c-axis oriented epitaxial film, and the pyroelectric coefficient γ of the pyroelectric thin film 224b made of the PZT thin film (this pyroelectric thin film 224b is not subjected to polarization treatment) is γ = 4.5 × 10 −8 [C / (cm 2 · K)], the performance index F γ of the pyroelectric device was 0.7 × 10 −10 [C / (cm 2 · J)]. The value of pyroelectric coefficient γ of 4.5 × 10 −8 [C / (cm 2 · K)] is a publication 1 [Ryoichi where a large pyroelectric coefficient γ has been obtained. Takayama and Yoshihiro Tomita, “Preparation of epitaxial Pb (Zr x Ti 1-x ) O 3 thin films and their crystallographic, pyroelectric, and ferroelectric properties”, Journal of Applied Physics, Vol.65, 1989, p1666-1670], Publication 2 [Ryoichi Takayama, “Ferroelectric thin film integration technology”, Science Forum, February 1992, p. 47], a PZT thin film with good crystallinity is obtained.

以上説明した本実施形態における強誘電体デバイスは、第1の基板220aの上記一表面側に形成された下部電極224aと、下部電極224aにおける第1の基板220a側とは反対側に形成された焦電体薄膜224bと、焦電体薄膜224bにおける下部電極224a側とは反対側に形成された上部電極224cとを備え、焦電体薄膜224bが、第1の基板220aとは格子定数差のある強誘電体材料により形成された強誘電体膜からなる焦電デバイスとして用いるものである。そして、本実施形態の強誘電体デバイスの製造方法では、第1の基板220aに比べて強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板240の一表面側に焦電体薄膜224bを構成する強誘電体膜を形成する強誘電体膜形成工程と、強誘電体膜形成工程の後で強誘電体膜上に下部電極224cを構成する第1の金属層251を形成する第1の金属層形成工程と、第1の基板220aの上記一表面側に形成された第2の金属層252と第1の金属層形成工程で形成された第1の金属層251とを常温接合により接合する接合工程と、接合工程の後で第2の基板240を透過する波長のレーザ光を第2の基板240側から照射し強誘電体膜を第1の基板220aの上記一表面側に転写する転写工程とを備えているので、強誘電体デバイスの基板材料(第1の基板220aの材料)によらず強誘電体膜の結晶性および性能の向上が可能となる。   The ferroelectric device according to the present embodiment described above is formed on the lower electrode 224a formed on the one surface side of the first substrate 220a and on the opposite side of the lower electrode 224a to the first substrate 220a side. A pyroelectric thin film 224b and an upper electrode 224c formed on the opposite side of the pyroelectric thin film 224b from the lower electrode 224a side, and the pyroelectric thin film 224b has a lattice constant difference from the first substrate 220a. It is used as a pyroelectric device composed of a ferroelectric film formed of a certain ferroelectric material. In the method for manufacturing a ferroelectric device according to the present embodiment, the pyroelectric thin film 224b is formed on the one surface side of the second substrate 240, which has better lattice matching with the ferroelectric film than the first substrate 220a. A ferroelectric film forming step for forming the ferroelectric film to be formed, and a first metal layer 251 constituting the lower electrode 224c on the ferroelectric film after the ferroelectric film forming step. The metal layer forming step, the second metal layer 252 formed on the one surface side of the first substrate 220a, and the first metal layer 251 formed in the first metal layer forming step are bonded by room temperature bonding. And a laser beam having a wavelength that passes through the second substrate 240 after the bonding step is irradiated from the second substrate 240 side to transfer the ferroelectric film to the one surface side of the first substrate 220a. Substrate material for ferroelectric devices. Improvement of crystallinity and the performance of the ferroelectric film regardless of the material) of the first substrate 220a is possible.

さらに説明すれば、本実施形態の強誘電体デバイスの製造方法によれば、焦電体薄膜224bを第1の基板220aに比べて格子整合性の良い第2の基板240の上記一表面側に形成した後で、第1の基板220aの上記一表面側に転写するので、焦電体薄膜224bの結晶性を向上させることが可能となるとともに、第2の基板240の再利用が可能となり、低コストで強誘電体膜からなる焦電体薄膜224bの焦電係数の向上が可能な焦電デバイスを提供することができる。また、接合工程では、第1の金属層251と第2の金属層252とを常温接合により接合するので、接合工程のプロセス温度の低温化を図れ、接合工程において焦電体薄膜224bの物性が変化する(焦電体薄膜224bの特性が劣化する)のを防止することができる。ここにおいて、接合工程のプロセス温度は、常温(室温)に限らず、例えば、焦電体薄膜224bのキュリー温度(PZTでは、350℃程度)の半分以下の温度であれば焦電体薄膜224bの物性が変化するのを確実に防止することができるので、接合工程は、常温接合に限らず、150℃以下での加熱を行った状態で適宜の荷重を印加して接合する直接接合でもよい。   More specifically, according to the method of manufacturing a ferroelectric device of this embodiment, the pyroelectric thin film 224b is placed on the one surface side of the second substrate 240 having better lattice matching than the first substrate 220a. After the formation, it is transferred to the one surface side of the first substrate 220a, so that the crystallinity of the pyroelectric thin film 224b can be improved and the second substrate 240 can be reused. A pyroelectric device capable of improving the pyroelectric coefficient of the pyroelectric thin film 224b made of a ferroelectric film at low cost can be provided. In the joining process, since the first metal layer 251 and the second metal layer 252 are joined by room temperature joining, the process temperature of the joining process can be lowered, and the physical properties of the pyroelectric thin film 224b can be reduced in the joining process. It is possible to prevent the change (the characteristic of the pyroelectric thin film 224b is deteriorated). Here, the process temperature of the bonding process is not limited to room temperature (room temperature), and for example, if the temperature is not more than half of the Curie temperature (about 350 ° C. in PZT) of the pyroelectric thin film 224b, Since the change in physical properties can be surely prevented, the bonding process is not limited to room temperature bonding, and may be direct bonding in which an appropriate load is applied while heating at 150 ° C. or lower.

ここで、焦電体薄膜224bの焦電材料が鉛系の酸化物強誘電体の場合には、第2の基板240として、単結晶MgO基板もしくは単結晶SrTiO3基板もしくはサファイア基板を用いることにより、結晶性の良好な焦電体薄膜224bを形成することができ、また、第1の基板220aとして、第2の基板240に比べて安価なSi基板(単結晶Si基板、多結晶Si基板)、SOI基板、ガラス基板、金属基板、ポリマー基板などを用いることにより、低コスト化を図れる。 Here, when the pyroelectric material of the pyroelectric thin film 224b is a lead-based oxide ferroelectric, a single crystal MgO substrate, a single crystal SrTiO 3 substrate, or a sapphire substrate is used as the second substrate 240. A pyroelectric thin film 224b with good crystallinity can be formed, and a Si substrate (single crystal Si substrate, polycrystalline Si substrate) that is less expensive than the second substrate 240 can be used as the first substrate 220a. The cost can be reduced by using an SOI substrate, a glass substrate, a metal substrate, a polymer substrate, or the like.

また、本実施形態の焦電デバイスの製造方法によれば、誘電体薄膜形成工程(強誘電体膜形成工程)よりも前に第2の基板240の上記一表面側に焦電体薄膜224bの下地となるシード層224dを形成するシード層形成工程を備え、転写工程では、シード層224dと誘電体薄膜224bと下部電極224aとの積層構造を有する積層膜を転写するので、誘電体薄膜224bの格子歪を抑制することができて誘電体薄膜224bの結晶性を更に向上できる。なお、転写工程においては、少なくとも誘電体薄膜224bと下部電極224aとの積層構造を有する積層膜を転写するようにすればよく、シード層形成工程は必ずしも設ける必要はない。   Further, according to the pyroelectric device manufacturing method of the present embodiment, the pyroelectric thin film 224b is formed on the one surface side of the second substrate 240 before the dielectric thin film forming step (ferroelectric film forming step). A seed layer forming step of forming a seed layer 224d as a base is provided, and in the transfer step, a laminated film having a laminated structure of the seed layer 224d, the dielectric thin film 224b, and the lower electrode 224a is transferred. Lattice distortion can be suppressed and the crystallinity of the dielectric thin film 224b can be further improved. In the transfer process, it is sufficient to transfer at least a laminated film having a laminated structure of the dielectric thin film 224b and the lower electrode 224a, and the seed layer forming process is not necessarily provided.

また、上述の製造方法では、接合工程において、常温接合を行っているが、これに限らず、例えば、接合工程において、上述の下部電極形成工程の後で下部電極224aと第1の基板とを常温硬化型の樹脂接着剤(例えば、2液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤、1液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤)からなる接合層を介して常温で接合するようにしてもよく、この場合も、常温接合と同様に、接合温度の低温化を図れる。また、接合層の樹脂接着剤として、常温硬化型のものに限らず、例えば、硬化温度が150℃以下であれば熱硬化型の樹脂接着剤(例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂系接着剤など)を用いてもよい。   In the manufacturing method described above, room temperature bonding is performed in the bonding process. However, the present invention is not limited to this. For example, in the bonding process, the lower electrode 224a and the first substrate are bonded after the lower electrode forming process. It may be bonded at room temperature via a bonding layer made of a room temperature curable resin adhesive (for example, a two-component room temperature curable epoxy resin adhesive, a one-component room temperature curable epoxy resin adhesive). In this case as well, the bonding temperature can be lowered similarly to the room temperature bonding. Further, the resin adhesive for the bonding layer is not limited to a room temperature curable type, and for example, if the curing temperature is 150 ° C. or less, a thermosetting resin adhesive (for example, a thermosetting epoxy resin adhesive) ) May be used.

20 カンチレバー形成基板
20a 素子形成基板(第1の基板)
21 フレーム部
22 カンチレバー部
23 錘部
24 発電部
24a 下部電極
24b 圧電層(強誘電体膜)
24c 上部電極
24d シード層
40 圧電層形成基板(第2の基板)
51 接合層
220a 第1の基板
224a 下部電極
224b 焦電体薄膜(強誘電体膜)
224c 上部電極
240 第2の基板
251 第1の金属層
252 第2の金属層
20 Cantilever forming substrate 20a Element forming substrate (first substrate)
21 Frame portion 22 Cantilever portion 23 Weight portion 24 Power generation portion 24a Lower electrode 24b Piezoelectric layer (ferroelectric film)
24c Upper electrode 24d Seed layer 40 Piezoelectric layer forming substrate (second substrate)
51 Bonding layer 220a First substrate 224a Lower electrode 224b Pyroelectric thin film (ferroelectric film)
224c Upper electrode 240 Second substrate 251 First metal layer 252 Second metal layer

Claims (7)

第1の基板を用いて形成されてフレーム部および前記フレーム部に揺動自在に支持されたカンチレバー部を有するカンチレバー形成基板と、前記カンチレバー部に形成され前記カンチレバー部の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部からなる発電部とを備え、前記発電部が、前記カンチレバー部の一表面側に形成された下部電極と、前記下部電極における前記カンチレバー部側とは反対側に形成された圧電層と、前記圧電層における前記下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを有し、前記圧電層が、前記第1の基板とは格子定数差のある強誘電体材料により形成された強誘電体膜からなる発電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法であって、前記強誘電体膜を前記第1の基板に比べて前記強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板の一表面側に形成する強誘電体膜形成工程と、前記強誘電体膜形成工程の後で前記強誘電体膜上に前記下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極形成工程の後で前記第2の基板の前記一表面側の前記下部電極と前記第1の基板とを接合層を介して接合してから前記第2の基板を除去することで前記下部電極および前記強誘電体膜を前記第1の基板に転写する転写工程とを備えることを特徴とする強誘電体デバイスの製造方法。   A cantilever forming substrate formed using a first substrate and having a frame portion and a cantilever portion swingably supported by the frame portion, and an alternating voltage is formed according to the vibration of the cantilever portion formed on the cantilever portion. A power generation unit composed of a piezoelectric conversion unit that is generated, and the power generation unit includes a lower electrode formed on one surface side of the cantilever unit and a piezoelectric formed on the opposite side of the lower electrode to the cantilever unit side. And an upper electrode formed on the opposite side of the piezoelectric layer from the lower electrode side, and the piezoelectric layer is formed of a ferroelectric material having a lattice constant difference from the first substrate. A method for manufacturing a ferroelectric device used as a power generation device comprising a ferroelectric film, wherein the ferroelectric film is lattice-matched with the ferroelectric film as compared with the first substrate. A ferroelectric film forming step formed on one surface side of a good second substrate, and a lower electrode forming step of forming the lower electrode on the ferroelectric film after the ferroelectric film forming step; After the lower electrode forming step, the lower substrate on the one surface side of the second substrate and the first substrate are bonded through a bonding layer, and then the second substrate is removed. And a transfer step of transferring the lower electrode and the ferroelectric film to the first substrate. 第1の基板の一表面側に形成された下部電極と、前記下部電極における前記第1の基板側とは反対側に形成された焦電体薄膜と、前記焦電体薄膜における前記下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備え、前記焦電体薄膜が、前記第1の基板とは格子定数差のある強誘電体材料により形成された強誘電体膜からなる焦電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法であって、前記第1の基板に比べて前記強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板の一表面側に前記強誘電体膜を形成する強誘電体膜形成工程と、前記強誘電体膜形成工程の後で前記強誘電体膜上に前記下部電極を構成する第1の金属層を形成する第1の金属層形成工程と、前記第1の基板の前記一表面側に形成された第2の金属層と前記第1の金属層形成工程で形成された前記第1の金属層とを常温接合により接合する接合工程と、前記接合工程の後で前記第2の基板を透過する波長のレーザ光を前記第2の基板側から照射し前記強誘電体膜を前記第1の基板の前記一表面側に転写する転写工程とを備えることを特徴とする強誘電体デバイスの製造方法。   A lower electrode formed on one surface side of the first substrate; a pyroelectric thin film formed on the opposite side of the lower electrode from the first substrate; and the lower electrode side of the pyroelectric thin film And a pyroelectric device comprising a ferroelectric film formed of a ferroelectric material having a lattice constant difference from that of the first substrate. A method of manufacturing a ferroelectric device used as a method for forming a ferroelectric film on one surface side of a second substrate having a lattice matching with the ferroelectric film better than that of the first substrate. A ferroelectric film forming step; a first metal layer forming step of forming a first metal layer constituting the lower electrode on the ferroelectric film after the ferroelectric film forming step; The second metal layer formed on the one surface side of the one substrate and the first metal layer forming step A bonding step of bonding the formed first metal layer by room temperature bonding, and a laser beam having a wavelength that passes through the second substrate after the bonding step is irradiated from the second substrate side to increase the intensity. And a transfer step of transferring a dielectric film to the one surface side of the first substrate. 第1の基板の一表面側に形成された下部電極と、前記下部電極における前記第1の基板側とは反対側に形成された焦電体薄膜と、前記焦電体薄膜における前記下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備え、前記焦電体薄膜が、前記第1の基板とは格子定数差のある強誘電体材料により形成された強誘電体膜からなる焦電デバイスとして用いる強誘電体デバイスの製造方法であって、前記第1の基板に比べて前記強誘電体膜との格子整合性の良い第2の基板の一表面側に前記強誘電体膜を形成する強誘電体膜形成工程と、前記強誘電体膜形成工程の後で前記強誘電体膜上に前記下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極形成工程の後で前記下部電極と前記第1の基板とを常温硬化型の樹脂接着剤からなる接合層を介して常温で接合する接合工程と、前記接合工程の後で前記第2の基板を透過する波長のレーザ光を前記第2の基板側から照射し前記強誘電体膜を前記第1の基板の前記一表面側に転写する転写工程とを備えることを特徴とする強誘電体デバイスの製造方法。   A lower electrode formed on one surface side of the first substrate; a pyroelectric thin film formed on the opposite side of the lower electrode from the first substrate; and the lower electrode side of the pyroelectric thin film And a pyroelectric device comprising a ferroelectric film formed of a ferroelectric material having a lattice constant difference from that of the first substrate. A method of manufacturing a ferroelectric device used as a method for forming a ferroelectric film on one surface side of a second substrate having a lattice matching with the ferroelectric film better than that of the first substrate. A ferroelectric film forming step, a lower electrode forming step for forming the lower electrode on the ferroelectric film after the ferroelectric film forming step, a lower electrode and the lower electrode after the lower electrode forming step The first substrate is always connected via a bonding layer made of a room-temperature curable resin adhesive. A bonding step of bonding the ferroelectric film on the one surface of the first substrate by irradiating a laser beam having a wavelength that transmits the second substrate after the bonding step from the second substrate side. And a transfer step of transferring to the side. 前記転写工程では、前記接合層としてAu層もしくは樹脂層を利用し、前記接合後に前記第1の基板をエッチングすることで前記第1の基板を除去することを特徴とする請求項1記載の強誘電体デバイスの製造方法。   The strong transfer according to claim 1, wherein, in the transfer step, an Au layer or a resin layer is used as the bonding layer, and the first substrate is removed by etching the first substrate after the bonding. A method for manufacturing a dielectric device. 前記強誘電体材料が鉛系の酸化物強誘電体であり、前記第2の基板として、単結晶MgO基板もしくは単結晶SrTiO3基板もしくはサファイア基板を用い、前記第1の基板として、Si基板、SOI基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板の群から選択される1つを用いることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の強誘電体デバイスの製造方法。 The ferroelectric material is a lead-based oxide ferroelectric, and a single crystal MgO substrate, a single crystal SrTiO 3 substrate, or a sapphire substrate is used as the second substrate, and a Si substrate is used as the first substrate. 5. The method of manufacturing a ferroelectric device according to claim 1, wherein one selected from the group consisting of an SOI substrate, a metal substrate, a glass substrate, and a polymer substrate is used. 前記強誘電体膜形成工程よりも前に前記第2の基板の前記一表面側に前記強誘電体膜の下地であるシード層を形成するシード層形成工程を備え、前記転写工程では、少なくとも前記強誘電体膜と前記下部電極との積層構造を有する積層膜を転写することを特徴とする請求項5記載の強誘電体デバイスの製造方法。   A seed layer forming step of forming a seed layer that is a base of the ferroelectric film on the one surface side of the second substrate prior to the ferroelectric film forming step; 6. The method of manufacturing a ferroelectric device according to claim 5, wherein a laminated film having a laminated structure of a ferroelectric film and the lower electrode is transferred. 前記転写工程の後で、前記第1の基板における前記カンチレバー部の先端部に錘部を接着する接着工程を行うことを特徴とする請求項1記載の強誘電体デバイスの製造方法。   2. The method of manufacturing a ferroelectric device according to claim 1, wherein after the transferring step, a bonding step of bonding a weight portion to a tip portion of the cantilever portion on the first substrate is performed.
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