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WO2015190429A1 - 圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法 - Google Patents

圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法 Download PDF

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WO2015190429A1
WO2015190429A1 PCT/JP2015/066453 JP2015066453W WO2015190429A1 WO 2015190429 A1 WO2015190429 A1 WO 2015190429A1 JP 2015066453 W JP2015066453 W JP 2015066453W WO 2015190429 A1 WO2015190429 A1 WO 2015190429A1
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WO
WIPO (PCT)
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opening
piezoelectric device
substrate
sacrificial layer
layer
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/066453
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English (en)
French (fr)
Inventor
拓生 羽田
観照 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication of WO2015190429A1 publication Critical patent/WO2015190429A1/ja
Priority to US15/355,657 priority patent/US20170069820A1/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/02—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of piezoelectric or electrostrictive resonators or networks
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    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
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    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
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    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
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    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/02—Microphones

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric device and a method for manufacturing a piezoelectric device.
  • a piezoelectric device having a membrane portion in order to improve the characteristics of the piezoelectric device.
  • the membrane portion is a portion in which a piezoelectric layer located on a space such as a recess or an opening formed in a substrate and two electrodes sandwiching the piezoelectric layer are combined.
  • Patent Document 1 discloses the following method for manufacturing a piezoelectric device (see paragraphs [0034] to [0042] of Patent Document 1). First, a passivation layer is formed on the surface of the substrate. Next, an opening that penetrates the substrate and reaches the passivation layer is formed by dry etching a part of the back surface of the substrate. Next, a first conductive layer, a piezoelectric layer, and a second conductive layer are sequentially stacked on the passivation layer, thereby manufacturing a piezoelectric device having a membrane portion.
  • Patent Document 2 discloses the following method for manufacturing a piezoelectric device (see paragraphs [0029] to [0040] of Patent Document 2).
  • a BOX (Buried Oxide) layer made of an insulator and a silicon layer made of single crystal silicon are laminated in this order on a silicon substrate.
  • a trench is formed at a predetermined position of the silicon layer, and a buried oxide film is formed in the trench.
  • a lower electrode, a piezoelectric film, and an upper electrode are sequentially formed on the silicon layer, and the silicon substrate at a predetermined position is removed from the back surface of the silicon substrate to the BOX layer by using a deep RIE method. An opening is formed.
  • the BOX layer and the buried oxide film exposed from the bottom of the opening are removed by reactive ion etching (RIE) using a fluorine-based gas or etching using a buffered hydrofluoric acid (BHF) solution, and the membrane portion Is produced.
  • RIE reactive ion etching
  • BHF buffered hydrofluoric acid
  • an object of the present invention is to provide a piezoelectric device and a method for manufacturing the piezoelectric device that can suppress variation in characteristics.
  • a piezoelectric device includes a substrate, a support layer on the substrate, a lower electrode on the support layer, a piezoelectric film on the lower electrode, and an upper electrode on the piezoelectric film, and the substrate includes at least a substrate.
  • a first opening that partially penetrates in the thickness direction is provided, and a second opening facing each of the support layer and the first opening is provided on the first opening.
  • the opening area of the opening is smaller than the opening area of the second opening.
  • the second opening may be provided so as to include the first opening in plan view.
  • the second opening may be provided in at least one of the substrate and the support layer.
  • the piezoelectric device according to the present invention may further include an insulating layer between the substrate and the support layer.
  • the second opening may be provided in the insulating layer.
  • the method for manufacturing a piezoelectric device according to the present invention includes a step of forming a sacrificial layer on at least one of a surface and a surface of a substrate, a step of forming a support layer on the sacrificial layer, and a lower electrode on the support layer.
  • a step of forming a piezoelectric film on the lower electrode, a step of forming an upper electrode on the piezoelectric film, a step of forming the second opening by removing the sacrificial layer, and at least a part of the substrate Forming a first opening that penetrates at least a portion of the substrate in the thickness direction by removing the first opening in the thickness direction.
  • the step of forming the first opening includes opening the first opening. The area is made smaller than the opening area of the second opening.
  • the method for manufacturing a piezoelectric device according to the present invention further includes a step of forming a through hole that penetrates at least the piezoelectric film and the lower electrode in the thickness direction and reaches the sacrificial layer before the step of forming the second opening. May be included.
  • the step of forming the first opening is performed before the step of forming the second opening, and the step of forming the first opening is sacrificed to the first opening. It may be performed so that the surface of the layer is exposed.
  • the method for manufacturing a piezoelectric device according to the present invention may further include a step of forming an insulating layer on the substrate before the step of forming the sacrificial layer.
  • the step of forming the sacrificial layer may be performed so as to form the sacrificial layer on at least one of the surface of the insulating layer and the surface below.
  • the present invention it is possible to provide a piezoelectric device and a method for manufacturing the piezoelectric device that can suppress variation in characteristics.
  • FIG. 1 is typical sectional drawing of the piezoelectric device of Embodiment 1
  • (b) is a typical top view when the piezoelectric device of Embodiment 1 shown to (a) is looked down on from right above.
  • (A) is typical sectional drawing which illustrates a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 1,
  • (b) is typical plane when looking down on (a) from right above.
  • FIG. (A) is typical sectional drawing which illustrates a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 1,
  • (b) is typical plane when looking down on (a) from right above.
  • FIG. (A) is typical sectional drawing which illustrates a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 1
  • (b) is typical plane when looking down on (a) from right above.
  • FIG. (A) is typical sectional drawing which illustrates a part of manufacturing process of an example of the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 1
  • (b) is typical plane when looking down on (a) from right above.
  • FIG. (A)-(e) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 2.
  • FIG. (A)-(e) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 3.
  • FIG. (A)-(e) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 4.
  • FIG. (A)-(d) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 5.
  • FIG. (A)-(e) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 6.
  • FIG. (A)-(d) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 7.
  • FIG. (A)-(e) is typical sectional drawing illustrating the manufacturing method of the piezoelectric device of Embodiment 8.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the piezoelectric device according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a schematic plan view of the piezoelectric device according to the first embodiment shown in FIG. 1A as viewed from directly above.
  • the piezoelectric device of Embodiment 1 includes a substrate 11, an insulating layer 12 on the substrate 11, a support layer 14 on the insulating layer 12, and a lower electrode 15 on the support layer 14.
  • the piezoelectric film 16 on the lower electrode 15 and the upper electrode 17 on the piezoelectric film 16 are provided.
  • the piezoelectric device of Embodiment 1 is provided with a first opening 23 that penetrates the substrate 11 in the thickness direction.
  • a second opening 22 facing each of the support layer 14 and the first opening 23 is provided.
  • the piezoelectric device of the first embodiment is provided with a through hole 21 that penetrates the piezoelectric film 16, the lower electrode 15, and the support layer 14 in the thickness direction and reaches the second opening 22.
  • the first opening 23 is provided in the substrate 11
  • the second opening 22 is provided in the support layer 14 and the insulating layer 12.
  • the diameter a of the first opening 23 is smaller than the diameter b of the second opening 22 as shown in FIGS. . Therefore, the opening area of the first opening 23 is smaller than the opening area of the second opening 22. Further, as shown in the plan view of FIG. 1B, the second opening 22 is provided so as to include the first opening 23.
  • the insulating layer 12 is formed on the surface of the substrate 11.
  • the substrate 11 for example, a silicon (Si) substrate having a thickness of about 600 ⁇ m can be used.
  • the insulating layer 12 for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of about 1.5 ⁇ m formed by a thermal oxidation method can be formed.
  • a sacrificial layer 13 is formed on the insulating layer 12.
  • a titanium (Ti) film having a thickness of about 20 nm to 1 ⁇ m can be formed in a desired shape of the membrane portion by, for example, sputtering.
  • the sacrificial layer 13 in addition to the Ti film, for example, various metals such as aluminum (Al) film or an SiO 2 film, it is also possible to form a film made of an alloy or an oxide.
  • the support layer 14 is formed on the insulating layer 12 so as to cover the entire sacrificial layer 13.
  • an aluminum nitride (AlN) film can be formed by, for example, a sputtering method.
  • the lower electrode 15 is formed on the support layer 14.
  • a molybdenum (Mo) film can be formed by sputtering, for example.
  • a piezoelectric film 16 is formed on the lower electrode 15.
  • an AlN film can be formed by, for example, a sputtering method.
  • PZT lead zirconate titanate
  • KNN potassium sodium niobate
  • ZnO zinc oxide
  • an upper electrode 17 is formed on the piezoelectric film 16.
  • the upper electrode 17 for example, an Al film or a Mo film can be formed by sputtering.
  • the through hole 21 is formed.
  • the through hole 21 penetrates the piezoelectric film 16 and the lower electrode 15 in the thickness direction and reaches the sacrificial layer 13, for example, in a cylindrical shape having an opening with a diameter of about 10 ⁇ m.
  • Each of the electrodes 15 can be removed and formed.
  • the method for forming the through hole 21 is not particularly limited, and for example, dry etching or wet etching can be used.
  • the etching solution is guided to the sacrificial layer 13 through the through hole 21, and the sacrificial layer 13 is removed by wet etching. To do. Thereby, the second opening 22 which is a space between the support layer 14 and the substrate 11 is formed.
  • a first opening 23 is formed in the substrate 11.
  • the first opening 23 is formed, for example, by removing the substrate 11 from the back surface side (the side opposite to the side on which the insulating layer 12 is formed) by dry etching until reaching the second opening 22. be able to.
  • the piezoelectric device of Embodiment 1 can be manufactured.
  • the membrane portion of the piezoelectric device according to the first embodiment is a laminated structure portion of the lower electrode 15, the piezoelectric film 16, and the upper electrode 17 located above the second opening 22.
  • the shape and size of the membrane portion can be determined by the shape and size of the sacrificial layer 13. Therefore, in Embodiment 1, the processing accuracy for determining the shape and dimensions of the membrane portion can be increased as compared with Patent Literature 1 and Patent Literature 2 in which the opening is provided in the substrate by dry etching to form the membrane portion. Therefore, in the first embodiment, it is possible to reduce variations in characteristics (particularly frequency characteristics) of the piezoelectric device as compared with Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • the space below the membrane portion is formed by the second opening 22 formed by removing the sacrificial layer 13 and the first opening 23 formed by removing the substrate 11. Therefore, the elasticity of the sound transmission medium such as air in the space is less likely to hinder the vibration (particularly the amplitude) of the membrane part. Therefore, in the first embodiment, the characteristics of the piezoelectric device (particularly amplitude characteristics, sound pressure in the case of an ultrasonic transducer) can be improved.
  • the variation in the characteristics of the piezoelectric device can be reduced by determining the shape and dimensions of the membrane portion with the sacrificial layer 13 that is sufficiently thinner than the substrate 11. Furthermore, by providing the first opening 23 having a smaller opening area than the second opening 22 below the substrate 11, without affecting the shape and dimensions of the membrane portion defined by the second opening 22, The volume of the space below the membrane part can be increased. As described above, in the first embodiment, it is possible to provide a piezoelectric device that can exhibit favorable characteristics and can reduce variation in characteristics.
  • the lower electrode 15 and the upper electrode 17 in addition to the above, for example, platinum (Pt), gold (Au), Al, titanium (Ti), nickel chromium (NiCr), tungsten (W), ruthenium A film containing one or more selected from the group consisting of (Ru) and chromium (Cr) can also be formed.
  • At least one of the lower electrode 15 and the upper electrode 17 can be formed on the through hole 21, but it is preferable not to form the lower electrode 15 and the upper electrode 17 on the through hole 21.
  • the second embodiment is characterized in that a piezoelectric device is manufactured by directly forming the sacrificial layer 13 on the substrate 11 without forming the insulating layer 12.
  • a method for manufacturing the piezoelectric device according to the second embodiment will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS. 6 (a) to 6 (e).
  • a sacrificial layer 13 is formed on the substrate 11.
  • a support layer 14 is formed on the substrate 11 so as to cover the entire sacrificial layer 13, and the lower electrode 15, the piezoelectric film 16, and the upper electrode are formed on the support layer 14. 17 are stacked in this order.
  • the first opening 23 is formed by removing the substrate 11 from the back surface side by dry etching until it reaches the second opening 22.
  • the piezoelectric device of Embodiment 2 can be manufactured.
  • the shape and dimensions of the membrane portion can be determined by the sacrificial layer 13 that is sufficiently thinner than the substrate 11, and the opening area smaller than the second opening portion 22 is provided below the substrate 11.
  • the volume of the space below the membrane can be increased without affecting the shape and dimensions of the membrane defined by the second opening 22. Therefore, also in the second embodiment, it is possible to provide a piezoelectric device that can exhibit good characteristics and can reduce variation in characteristics.
  • the number of man-hours can be reduced. Therefore, the manufacturing cost of the piezoelectric device can be reduced, and the piezoelectric device can be manufactured efficiently.
  • the third embodiment is characterized in that a piezoelectric device is manufactured by embedding a sacrificial layer 13 under the surface of the substrate 11 without forming the insulating layer 12.
  • a method for manufacturing the piezoelectric device of the third embodiment will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 7 (a) to 7 (e).
  • a part of the surface of the substrate 11 is removed, and a sacrificial layer 13 is formed so as to fill the removed part of the surface of the substrate 11.
  • the method for removing the surface of the substrate 11 is not particularly limited, and for example, dry etching or wet etching can be used.
  • a support layer 14 is formed on the substrate 11 so as to cover the entire sacrificial layer 13, and the lower electrode 15, the piezoelectric film 16, and the upper electrode are formed on the support layer 14. 17 are stacked in this order.
  • a through-hole 21 that penetrates the piezoelectric film 16, the lower electrode 15, and the support layer 14 in the thickness direction and reaches the sacrificial layer 13 is formed.
  • the sacrificial layer 13 is removed by introducing an etching solution from the through hole 21. As a result, the second opening 22 is formed in the substrate 11.
  • the first opening 23 is formed by removing the substrate 11 from the back surface side by dry etching until it reaches the second opening 22.
  • the piezoelectric device of Embodiment 3 can be manufactured.
  • the shape and dimensions of the membrane portion can be determined by the sacrificial layer 13 that is sufficiently thinner than the substrate 11, and the opening area smaller than the second opening portion 22 is provided below the substrate 11.
  • the volume of the space below the membrane can be increased without affecting the shape and dimensions of the membrane defined by the second opening 22. Therefore, also in the third embodiment, it is possible to provide a piezoelectric device that can exhibit good characteristics and can reduce variation in characteristics.
  • the fourth embodiment is characterized in that a piezoelectric device is manufactured by embedding a sacrificial layer 13 below the surface of the insulating layer 12.
  • a method for manufacturing the piezoelectric device of the fourth embodiment will be described with reference to the schematic cross-sectional views of FIGS. 8 (a) to 8 (e).
  • the insulating layer 12 is formed on the substrate 11, and a part of the surface of the insulating layer 12 is removed. Then, the sacrificial layer 13 is formed so as to fill the removed portion of the surface of the insulating layer 12.
  • the method for removing the surface of the insulating layer 12 is not particularly limited, and for example, dry etching or wet etching can be used.
  • a support layer 14 is formed on the substrate 11 so as to cover the entire sacrificial layer 13, and the lower electrode 15, the piezoelectric film 16, and the upper electrode are formed on the support layer 14. 17 are stacked in this order.
  • a through-hole 21 that penetrates the piezoelectric film 16, the lower electrode 15, and the support layer 14 in the thickness direction and reaches the sacrificial layer 13 is formed.
  • the sacrificial layer 13 is removed by introducing an etching solution from the through hole 21. As a result, the second opening 22 is formed in the insulating layer 12.
  • the first opening 23 is formed by removing the substrate 11 from the back surface side by dry etching until it reaches the second opening 22.
  • the piezoelectric device of Embodiment 4 can be manufactured.
  • the shape and dimensions of the membrane portion can be determined by the sacrificial layer 13 that is sufficiently thinner than the substrate 11, and the opening area smaller than the second opening portion 22 is provided below the substrate 11.
  • the volume of the space below the membrane can be increased without affecting the shape and dimensions of the membrane defined by the second opening 22. Therefore, also in the fourth embodiment, it is possible to provide a piezoelectric device that can exhibit good characteristics and can reduce variation in characteristics.
  • the fifth embodiment is characterized in that a piezoelectric device is manufactured without forming the insulating layer 12 and the through hole 21.
  • a method for manufacturing the piezoelectric device according to the fifth embodiment will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS. 9A to 9D.
  • the sacrificial layer 13 is directly formed on the substrate 11.
  • the sacrificial layer 13 it is preferable to use a material that functions as an etching stop layer in the etching of the substrate 11 described later.
  • a material for example, SiO 2 , Ti, or Al can be used.
  • a support layer 14 is formed on the substrate 11 so as to cover the entire sacrificial layer 13, and the lower electrode 15, the piezoelectric film 16, and the upper electrode are formed on the support layer 14. 17 are stacked in this order.
  • the first opening 23 is formed by removing the substrate 11 from the back surface side by etching until reaching the sacrificial layer 13.
  • substrate 11 is not specifically limited, For example, it can carry out by dry etching or wet etching.
  • the second opening 22 is formed by etching the sacrificial layer 13 through the first opening 23. As a result, the second opening 22 is formed in the support layer 14. As described above, the piezoelectric device of Embodiment 5 is manufactured.
  • the method for removing the sacrificial layer 13 is not particularly limited, but it is preferable to use wet etching.
  • the sacrificial layer 13 is removed by wet etching, the sacrificial layer 13 can be removed with high accuracy, so that variations in the shape and dimensions of the membrane portion can be further reduced. Therefore, variation in characteristics of the piezoelectric device according to the fifth embodiment can be further suppressed.
  • the shape and dimensions of the membrane portion can be determined by the sacrificial layer 13 that is sufficiently thinner than the substrate 11, and the opening area smaller than the second opening portion 22 is provided below the substrate 11.
  • the volume of the space below the membrane can be increased without affecting the shape and dimensions of the membrane defined by the second opening 22. Therefore, also in the fifth embodiment, it is possible to provide a piezoelectric device that can exhibit good characteristics and can reduce variation in characteristics.
  • the acoustic characteristics are not adversely affected by the sound wave leaking from the through hole 21. Therefore, the characteristics of the piezoelectric device of the fifth embodiment are better than those of the piezoelectric devices of the first to fourth embodiments.
  • a piezoelectric device can be manufactured with fewer man-hours than in the first to fourth embodiments. Therefore, the manufacturing cost of the piezoelectric device can be reduced, and the piezoelectric device can be manufactured efficiently. That is, in the first to fourth embodiments, since the sacrificial layer 13 is removed before the first opening 23 is formed, a step of forming the through hole 21 for removing the sacrificial layer 13 is necessary. On the other hand, in the fifth embodiment, since the sacrificial layer 13 is removed after the first opening 23 is formed, the sacrificial layer 13 can be removed through the first opening 23, and thus a step of forming the through hole 21 is necessary. Absent.
  • the sixth embodiment is characterized in that the through-hole 21 is not formed, but the insulating layer 12 is formed to produce a piezoelectric device.
  • a method for manufacturing the piezoelectric device according to the sixth embodiment will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS. 10 (a) to 10 (e).
  • the insulating layer 12 is formed on the substrate 11 and the sacrificial layer 13 is formed on the insulating layer 12.
  • a support layer 14 is formed on the substrate 11 so as to cover the entire sacrificial layer 13, and the lower electrode 15, the piezoelectric film 16, and the upper electrode are formed on the support layer 14. 17 are stacked in this order.
  • the substrate 11 is removed by etching until it reaches the insulating layer 12 from the back surface side, thereby forming an opening 23a that is a previous stage of the first opening 23.
  • the surface of the sacrificial layer 13 is exposed by removing the insulating layer 12 exposed from the opening 23a, and the first opening 23 is formed.
  • the sacrificial layer 13 is etched through the first opening 23 to form the second opening 22.
  • the second opening 22 is formed in the support layer 14.
  • the piezoelectric device of Embodiment 6 is manufactured.
  • the shape and dimensions of the membrane portion can be determined by the sacrificial layer 13 that is sufficiently thinner than the substrate 11, and the opening area smaller than the second opening portion 22 is provided below the substrate 11.
  • the volume of the space below the membrane can be increased without affecting the shape and dimensions of the membrane defined by the second opening 22. Therefore, also in the sixth embodiment, it is possible to provide a piezoelectric device that can exhibit good characteristics and can reduce variations in characteristics.
  • the characteristics of the piezoelectric device of the sixth embodiment are also better than those of the piezoelectric devices of the first to fourth embodiments.
  • the piezoelectric device can be manufactured with fewer man-hours than in the first to fourth embodiments. Can be manufactured.
  • the seventh embodiment is characterized in that a piezoelectric device is manufactured by embedding the sacrificial layer 13 under the surface of the substrate 11 without forming the insulating layer 12 and the through hole 21.
  • a method for manufacturing the piezoelectric device according to the seventh embodiment will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS. 11 (a) to 11 (d).
  • a sacrificial layer 13 is formed so as to remove a part of the surface of the substrate 11 and fill the removed portion of the surface of the substrate 11.
  • a support layer 14 is formed on the substrate 11 so as to cover the entire sacrificial layer 13, and the lower electrode 15, the piezoelectric film 16, and the upper electrode are formed on the support layer 14. 17 are stacked in this order.
  • the substrate 11 is removed by etching until it reaches the sacrificial layer 13 from the back surface side, thereby forming an opening 23a that is a previous stage of the first opening 23.
  • the surface of the support layer 14 is exposed by removing the sacrificial layer 13 exposed from the opening 23 a to form the first opening 23.
  • the piezoelectric device of Embodiment 7 is manufactured.
  • the shape and dimensions of the membrane portion can be determined by the sacrificial layer 13 that is sufficiently thinner than the substrate 11, and the opening area smaller than that of the second opening portion 22 is below the substrate 11.
  • the volume of the space below the membrane can be increased without affecting the shape and dimensions of the membrane defined by the second opening 22. Therefore, also in the seventh embodiment, it is possible to provide a piezoelectric device that can exhibit favorable characteristics and can reduce variation in characteristics.
  • the acoustic characteristics do not adversely affect when the sound wave leaks from the through hole 21.
  • the characteristics of the piezoelectric device of the seventh embodiment are also better than those of the piezoelectric devices of the first to fourth embodiments.
  • the piezoelectric device can be manufactured with fewer man-hours than in the first to fourth embodiments. Can be manufactured.
  • the eighth embodiment is characterized in that a piezoelectric device is manufactured by embedding the sacrificial layer 13 below the surface of the insulating layer 12 without forming the through hole 21.
  • a method for manufacturing the piezoelectric device of the eighth embodiment will be described with reference to schematic cross-sectional views of FIGS. 12 (a) to 12 (e).
  • the insulating layer 12 is formed on the substrate 11, and a part of the surface of the insulating layer 12 is removed. Then, the sacrificial layer 13 is formed so as to fill the removed portion of the surface of the insulating layer 12.
  • a support layer 14 is formed on the substrate 11 so as to cover the entire sacrificial layer 13, and the lower electrode 15, the piezoelectric film 16, and the upper electrode are formed on the support layer 14. 17 are stacked in this order.
  • the substrate 11 is removed by etching until it reaches the insulating layer 12 from the back surface side, thereby forming an opening 23a that is a previous stage of the first opening 23.
  • the surface of the sacrificial layer 13 is exposed by removing the insulating layer 12 exposed from the opening 23a, and the first opening 23 is formed.
  • the second opening 22 is formed by etching the sacrificial layer 13 through the first opening 23. As a result, the second opening 22 is formed in the insulating layer 12. Thus, the piezoelectric device of Embodiment 8 is manufactured.
  • the shape and dimensions of the membrane portion can be determined by the sacrificial layer 13 that is sufficiently thinner than the substrate 11, and the opening area smaller than that of the second opening portion 22 is below the substrate 11.
  • the volume of the space below the membrane can be increased without affecting the shape and dimensions of the membrane defined by the second opening 22. Therefore, also in the seventh embodiment, it is possible to provide a piezoelectric device that can exhibit favorable characteristics and can reduce variation in characteristics.
  • the acoustic characteristics are not adversely affected by sound waves leaking from the through hole 21. Therefore, the characteristics of the piezoelectric device of the eighth embodiment are also better than those of the piezoelectric devices of the first to fourth embodiments.
  • the piezoelectric device can be manufactured with fewer man-hours than in the first to fourth embodiments. Can be manufactured.
  • the piezoelectric device of the present invention can be suitably used for, for example, a filter, an actuator, a sensor, an ultrasonic transducer or a microphone.

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Abstract

　圧電デバイスは、基板（１１）上に、支持層（１４）、下部電極（１５）、圧電膜（１６）および上部電極（１７）をこの順に備えている。基板（１１）には基板（１１）の少なくとも一部を厚さ方向に貫通する第１開口部（２３）が設けられている。第１開口部（２３）上には、支持層（１４）および第１開口部（２３）のそれぞれに面する第２開口部（２２）が設けられている。第１開口部（２３）の開口面積は、第２開口部（２２）の開口面積よりも小さくなっている。

Description

圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法
　本発明は、圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法に関する。
　従来より、圧電デバイスの特性を向上させるために、メンブレン部を有する圧電デバイスが知られている。メンブレン部は、基板に形成された凹部または開口部などの空間上に位置する圧電層と当該圧電層を挟み込む２つの電極とが組み合わされた部分である。
　たとえば、特許文献１には、以下のような圧電デバイスの製造方法が開示されている（特許文献１の段落［００３４］～［００４２］参照）。まず、基板の表面上にパッシベーション層を形成する。次に、基板の裏面の一部をドライエッチングすることによって基板を貫通してパッシベーション層に達する開口部を形成する。次に、パッシベーション層上に、第１導電層、圧電層および第２導電層を順次積層することによって、メンブレン部を有する圧電デバイスが作製される。
　また、特許文献２には、以下のような圧電デバイスの製造方法が開示されている（特許文献２の段落［００２９］～［００４０］参照）。まず、シリコン基材上に絶縁体からなるＢＯＸ（Buried　Oxide）層および単結晶シリコンからなるシリコン層をこの順に積層する。次に、シリコン層の所定の位置にトレンチを形成し、トレンチに埋め込み酸化膜を形成する。次に、シリコン層上に、下部電極、圧電体膜および上部電極を順次形成し、ディープＲＩＥ法を用いて、シリコン基材の裏面からＢＯＸ層に達するまで所定箇所のシリコン基材を除去し、開口部を形成する。最後に、フッ素系ガスを用いたリアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）またはバッファードフッ酸（ＢＨＦ）溶液を用いたエッチングにより、開口部の底部から露出したＢＯＸ層および埋め込み酸化膜を除去し、メンブレン部を有する圧電デバイスが作製される。
米国特許出願公開第２０１１／０１９８９７０号明細書 特開２０１０－１１８７３０号公報
　しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の圧電デバイスの製造方法においては、ドライエッチングによる開口部の形成の加工精度（形状および寸法のばらつき、ならびにウェハ面内のばらつきを含む）を高くすることができなかった。特に、超音波トランスデューサやマイクなどに用いられる圧電デバイスでは、メンブレン部が面外振動することで動作するため、開口部の形状および寸法（メンブレン部の形状および寸法）がメンブレン部の振動（特に周波数）に影響を与えていた。したがって、特許文献１および特許文献２に記載の製造方法で製造された圧電デバイスは、特性（特に周波数特性）のばらつきが大きいという問題があった。
　上記の事情に鑑みて、本発明は、特性のばらつきを抑制することができる圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る圧電デバイスは、基板と、基板上の支持層と、支持層上の下部電極と、下部電極上の圧電膜と、圧電膜上の上部電極とを備え、基板には基板の少なくとも一部を厚さ方向に貫通する第１開口部が設けられており、第１開口部上には、支持層および第１開口部のそれぞれに面する第２開口部が設けられており第１開口部の開口面積が第２開口部の開口面積よりも小さくなっている。
　本発明に係る圧電デバイスにおいては、平面視において、第２開口部が第１開口部を含むように設けられていてもよい。
　本発明に係る圧電デバイスにおいては、第２開口部が、基板および支持層の少なくとも一方に設けられていてもよい。
　本発明に係る圧電デバイスは、基板と支持層との間の絶縁層をさらに備えていてもよい。
　本発明に係る圧電デバイスにおいては、第２開口部が絶縁層に設けられていてもよい。
　本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、基板の表面上および表面下の少なくとも一方に犠牲層を形成する工程と、犠牲層上に支持層を形成する工程と、支持層上に下部電極を形成する工程と、下部電極上に圧電膜を形成する工程と、圧電膜上に上部電極を形成する工程と、犠牲層を除去することによって第２開口部を形成する工程と、基板の少なくとも一部を厚さ方向に除去することによって基板の少なくとも一部を厚さ方向に貫通する第１開口部を形成する工程と、を含み、第１開口部を形成する工程は、第１開口部の開口面積が第２開口部の開口面積よりも小さくなるように行われる。
　本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、第２開口部を形成する工程の前に、少なくとも圧電膜および下部電極をそれぞれ厚さ方向に貫通して犠牲層に達する貫通孔を形成する工程をさらに含んでいてもよい。
　本発明に係る圧電デバイスの製造方法においては、第２開口部を形成する工程の前に第１開口部を形成する工程を行って、第１開口部を形成する工程が第１開口部に犠牲層の表面が露出するように行われてもよい。
　本発明に係る圧電デバイスの製造方法は、犠牲層を形成する工程の前に、基板上に絶縁層を形成する工程をさらに含んでいてもよい。
　本発明に係る圧電デバイスの製造方法において、犠牲層を形成する工程は、絶縁層の表面上および表面下の少なくとも一方に犠牲層を形成するように行われてもよい。
　本発明によれば、特性のばらつきを抑制することができる圧電デバイスおよび圧電デバイスの製造方法を提供することができる。
（ａ）は実施形態１の圧電デバイスの模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す実施形態１の圧電デバイスを直上から見下ろしたときの模式的な平面図である。 （ａ）は実施形態１の圧電デバイスの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を直上から見下ろしたときの模式的な平面図である。 （ａ）は実施形態１の圧電デバイスの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を直上から見下ろしたときの模式的な平面図である。 （ａ）は実施形態１の圧電デバイスの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を直上から見下ろしたときの模式的な平面図である。 （ａ）は実施形態１の圧電デバイスの製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）を直上から見下ろしたときの模式的な平面図である。 （ａ）～（ｅ）は、実施形態２の圧電デバイスの製造方法を図解する模式的な断面図である。 （ａ）～（ｅ）は、実施形態３の圧電デバイスの製造方法を図解する模式的な断面図である。 （ａ）～（ｅ）は、実施形態４の圧電デバイスの製造方法を図解する模式的な断面図である。 （ａ）～（ｄ）は、実施形態５の圧電デバイスの製造方法を図解する模式的な断面図である。 （ａ）～（ｅ）は、実施形態６の圧電デバイスの製造方法を図解する模式的な断面図である。 （ａ）～（ｄ）は、実施形態７の圧電デバイスの製造方法を図解する模式的な断面図である。 （ａ）～（ｅ）は、実施形態８の圧電デバイスの製造方法を図解する模式的な断面図である。
　以下、本発明の一例である実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
　［実施形態１］
　＜圧電デバイスの構造＞
　図１（ａ）に、実施形態１の圧電デバイスの模式的な断面図を示す。また、図１（ｂ）に、図１（ａ）に示す実施形態１の圧電デバイスを直上から見下ろしたときの模式的な平面図を示す。
　図１（ａ）に示すように、実施形態１の圧電デバイスは、基板１１と、基板１１上の絶縁層１２と、絶縁層１２上の支持層１４と、支持層１４上の下部電極１５と、下部電極１５上の圧電膜１６と、圧電膜１６上の上部電極１７とを備えている。
　また、実施形態１の圧電デバイスには、基板１１を厚さ方向に貫通する第１開口部２３が設けられている。また、第１開口部２３上には、支持層１４および第１開口部２３のそれぞれに面する第２開口部２２が設けられている。さらに、実施形態１の圧電デバイスには、圧電膜１６、下部電極１５および支持層１４をそれぞれ厚さ方向に貫通して第２開口部２２に達する貫通孔２１が設けられている。
　ここで、第１開口部２３は基板１１に設けられているが、第２開口部２２は支持層１４と絶縁層１２とに設けられている。
　また、実施形態１の圧電デバイスにおいては、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、第１開口部２３の直径ａが第２開口部２２の直径ｂよりも小さくなっている。そのため、第１開口部２３の開口面積は、第２開口部２２の開口面積よりも小さくなっている。また、図１（ｂ）の平面視に示すように、第２開口部２２は、第１開口部２３を含むように設けられている。
　＜圧電デバイスの製造方法＞
　以下、図２～図５を参照して、実施形態１の圧電デバイスの製造方法の一例について説明する。まず、図２（ａ）の模式的断面図および図２（ｂ）の模式的平面図に示すように、基板１１の表面上に絶縁層１２を形成する。ここで、基板１１としては、たとえば厚さ６００μｍ程度のシリコン（Ｓｉ）基板を用いることができる。また、絶縁層１２としては、たとえば熱酸化法により形成した厚さ１．５μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜を形成することができる。
　次に、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、絶縁層１２上に犠牲層１３を形成する。ここで、犠牲層１３としては、たとえばスパッタリング法により厚さ２０ｎｍ～１μｍ程度のチタン（Ｔｉ）膜を所望のメンブレン部の形状に形成することができる。なお、犠牲層１３としては、Ｔｉ膜以外にも、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）膜またはＳｉＯ2膜などの各種の金属、合金または酸化物などからなる膜を形成することもできる。
　次に、図３（ａ）の模式的断面図および図３（ｂ）の模式的平面図に示すように、犠牲層１３の全体を被覆するように絶縁層１２上に支持層１４を形成する。ここで、支持層１４としては、たとえばスパッタリング法により窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を形成することができる。
　次に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、支持層１４上に下部電極１５を形成する。ここで、下部電極１５としては、たとえばスパッタリング法によりモリブデン（Ｍｏ）膜を形成することができる。
　次に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、下部電極１５上に圧電膜１６を形成する。ここで、圧電膜１６としては、たとえばスパッタリング法によりＡｌＮ膜を形成することができるが、ＡｌＮ膜以外にも、たとえばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）または酸化亜鉛（ＺｎＯ）などからなる膜を形成することもできる。
　次に、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、圧電膜１６上に上部電極１７を形成する。ここで、上部電極１７としては、たとえばスパッタリング法によりＡｌ膜やＭｏ膜を形成することができる。
　次に、図４（ａ）の模式的断面図および図４（ｂ）の模式的平面図に示すように、貫通孔２１を形成する。ここで、貫通孔２１は、圧電膜１６および下部電極１５をそれぞれ厚さ方向に貫通して犠牲層１３に達するように、たとえば１０μｍ程度の直径の開口部を有する円筒状に圧電膜１６および下部電極１５をそれぞれ除去して形成することができる。なお、貫通孔２１の形成方法は特に限定されないが、たとえば、ドライエッチングまたはウエットエッチングなどを用いることができる。
　次に、図５（ａ）の模式的断面図および図５（ｂ）の模式的平面図に示すように、貫通孔２１を通してエッチング液を犠牲層１３に導いて犠牲層１３をウエットエッチングにより除去する。これにより、支持層１４と基板１１との間の空間である第２開口部２２が形成される。
　その後、図１（ａ）に示すように、基板１１に第１開口部２３を形成する。ここで、第１開口部２３は、たとえば、基板１１を裏面側（絶縁層１２が形成されている側とは反対側）から第２開口部２２に達するまでドライエッチングにより除去することによって形成することができる。
　以上により、実施形態１の圧電デバイスを作製することができる。実施形態１の圧電デバイスのメンブレン部は、第２開口部２２の上方に位置する下部電極１５と圧電膜１６と上部電極１７との積層構造部分となる。
　＜作用効果＞
　実施形態１においては、犠牲層１３の形状および寸法によってメンブレン部の形状および寸法を定めることができる。したがって、実施形態１においては、ドライエッチングによって基板に開口部を設けてメンブレン部を形成する特許文献１および特許文献２と比べて、メンブレン部の形状および寸法を定める加工精度を高めることができる。したがって、実施形態１においては、特許文献１および特許文献２と比べて、圧電デバイスの特性（特に周波数特性）のばらつきを小さくすることができる。
　すなわち、犠牲層１３は基板１１よりも圧倒的に薄いため、実施形態１の犠牲層１３の形状および寸法のばらつきは、特許文献１および特許文献２のように基板を裏面側からドライエッチングすることによって形成される開口部の形状および寸法のばらつきよりも大きく抑えることができる。実施形態１においては、犠牲層１３の形状および寸法によってメンブレン部の形状および寸法が定められるため、圧電デバイスの特性（特に周波数特性）のばらつきも抑制することができる。
　さらに、実施形態１においては、犠牲層１３を除去することによって形成された第２開口部２２と、基板１１を除去することによって形成された第１開口部２３とによって、メンブレン部の下方の空間の体積を大きくしているため、当該空間の空気等の音響伝達媒介の弾性がメンブレン部の振動（特に振幅）を阻害しにくくなる。そのため、実施形態１においては、圧電デバイスの特性（特に振幅特性、超音波トランスデューサであれば音圧）を良好にすることもできる。
　以上のように、実施形態１においては、基板１１よりも厚さが十分に薄い犠牲層１３でメンブレン部の形状および寸法を定めることによって圧電デバイスの特性のばらつきを低減することができる。さらに、基板１１の下方に第２開口部２２よりも開口面積の小さい第１開口部２３を設けることによって、第２開口部２２で定められたメンブレン部の形状および寸法に影響を与えることなく、メンブレン部の下方の空間の体積を大きくすることができる。以上により、実施形態１においては、良好な特性を発現することができるとともに、特性のばらつきを低減することができる圧電デバイスを提供することができる。
　なお、上記において、下部電極１５および上部電極１７としては、上記以外にも、たとえば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、Ａｌ、チタン（Ｔｉ）、ニッケルクロム（ＮｉＣｒ）、タングステン（Ｗ）、ルテニウム（Ｒｕ）およびクロム（Ｃｒ）からなる群から選択された１種または２種以上を含む膜を形成することもできる。
　また、上記においては、貫通孔２１上に下部電極１５および上部電極１７の少なくとも一方を形成することもできるが、貫通孔２１上には下部電極１５および上部電極１７を形成しないことが好ましい。
　［実施形態２］
　実施形態２は、絶縁層１２を形成することなく、基板１１上に犠牲層１３を直接形成することによって圧電デバイスを作製することを特徴としている。以下、図６（ａ）～図６（ｅ）の模式的断面図を参照して、実施形態２の圧電デバイスの製造方法について説明する。
　まず、図６（ａ）に示すように、基板１１上に犠牲層１３を形成する。次に、図６（ｂ）に示すように、犠牲層１３の全体を被覆するように、基板１１上に支持層１４を形成し、支持層１４上に下部電極１５、圧電膜１６および上部電極１７をこの順に積層する。
　次に、図６（ｃ）に示すように、圧電膜１６、下部電極１５および支持層１４をそれぞれ厚さ方向に貫通して犠牲層１３に到達する貫通孔２１を形成する。次に、図６（ｄ）に示すように、貫通孔２１からエッチング液を導入することによって犠牲層１３を除去する。これにより、支持層１４に第２開口部２２が形成される。
　次に、図６（ｅ）に示すように、基板１１を裏面側から第２開口部２２に達するまでドライエッチングにより除去することによって第１開口部２３を形成する。以上により、実施形態２の圧電デバイスを製造することができる。
　実施形態２においても、基板１１よりも厚さが十分に薄い犠牲層１３でメンブレン部の形状および寸法を定めることができるとともに、基板１１の下方に第２開口部２２よりも開口面積の小さい第１開口部２３を設けることによって、第２開口部２２で定められたメンブレン部の形状および寸法に影響を与えることなくメンブレン部の下方の空間の体積を大きくすることができる。そのため、実施形態２においても、良好な特性を発現することができるとともに、特性のばらつきを低減することができる圧電デバイスを提供することができる。
　さらに、実施形態２においては、絶縁層１２を形成する工程を行う必要がないため、工数を減少させることができる。そのため、圧電デバイスの製造コストを低減できるとともに、圧電デバイスを効率的に製造することができる。
　実施形態２における上記以外の説明は実施形態１と同様であるため、その説明については繰り返さない。
　［実施形態３］
　実施形態３は、絶縁層１２を形成することなく、基板１１の表面下に犠牲層１３を埋め込むことによって圧電デバイスを作製することを特徴としている。以下、図７（ａ）～図７（ｅ）の模式的断面図を参照して、実施形態３の圧電デバイスの製造方法について説明する。
　まず、図７（ａ）に示すように、基板１１の表面の一部を除去するとともに、基板１１の表面の除去部分を埋めるように犠牲層１３を形成する。ここで、基板１１の表面の除去方法は特に限定されず、たとえば、ドライエッチングまたはウエットエッチングなどを用いることができる。
　次に、図７（ｂ）に示すように、犠牲層１３の全体を被覆するように、基板１１上に支持層１４を形成し、支持層１４上に下部電極１５、圧電膜１６および上部電極１７をこの順に積層する。
　次に、図７（ｃ）に示すように、圧電膜１６、下部電極１５および支持層１４をそれぞれ厚さ方向に貫通して犠牲層１３に到達する貫通孔２１を形成する。次に、図７（ｄ）に示すように、貫通孔２１からエッチング液を導入することによって犠牲層１３を除去する。これにより、基板１１に第２開口部２２が形成される。
　次に、図７（ｅ）に示すように、基板１１を裏面側から第２開口部２２に達するまでドライエッチングにより除去することによって第１開口部２３を形成する。以上により、実施形態３の圧電デバイスを製造することができる。
　実施形態３においても、基板１１よりも厚さが十分に薄い犠牲層１３でメンブレン部の形状および寸法を定めることができるとともに、基板１１の下方に第２開口部２２よりも開口面積の小さい第１開口部２３を設けることによって、第２開口部２２で定められたメンブレン部の形状および寸法に影響を与えることなくメンブレン部の下方の空間の体積を大きくすることができる。そのため、実施形態３においても、良好な特性を発現することができるとともに、特性のばらつきを低減することができる圧電デバイスを提供することができる。
　実施形態３における上記以外の説明は実施形態１～２と同様であるため、その説明については繰り返さない。
　［実施形態４］
　実施形態４は、絶縁層１２の表面下に犠牲層１３を埋め込むことによって圧電デバイスを作製することを特徴としている。以下、図８（ａ）～図８（ｅ）の模式的断面図を参照して、実施形態４の圧電デバイスの製造方法について説明する。
　まず、図８（ａ）に示すように、基板１１上に絶縁層１２を形成し、絶縁層１２の表面の一部を除去する。そして、絶縁層１２の表面の除去部分を埋めるように犠牲層１３を形成する。ここで、絶縁層１２の表面の除去方法は特に限定されず、たとえば、ドライエッチングまたはウエットエッチングなどを用いることができる。
　次に、図８（ｂ）に示すように、犠牲層１３の全体を被覆するように、基板１１上に支持層１４を形成し、支持層１４上に下部電極１５、圧電膜１６および上部電極１７をこの順に積層する。
　次に、図８（ｃ）に示すように、圧電膜１６、下部電極１５および支持層１４をそれぞれ厚さ方向に貫通して犠牲層１３に到達する貫通孔２１を形成する。次に、図８（ｄ）に示すように、貫通孔２１からエッチング液を導入することによって犠牲層１３を除去する。これにより、絶縁層１２に第２開口部２２が形成される。
　次に、図８（ｅ）に示すように、基板１１を裏面側から第２開口部２２に達するまでドライエッチングにより除去することによって第１開口部２３を形成する。以上により、実施形態４の圧電デバイスを製造することができる。
　実施形態４においても、基板１１よりも厚さが十分に薄い犠牲層１３でメンブレン部の形状および寸法を定めることができるとともに、基板１１の下方に第２開口部２２よりも開口面積の小さい第１開口部２３を設けることによって、第２開口部２２で定められたメンブレン部の形状および寸法に影響を与えることなくメンブレン部の下方の空間の体積を大きくすることができる。そのため、実施形態４においても、良好な特性を発現することができるとともに、特性のばらつきを低減することができる圧電デバイスを提供することができる。
　実施形態４における上記以外の説明は実施形態１～３と同様であるため、その説明については繰り返さない。
　［実施形態５］
　実施形態５は、絶縁層１２および貫通孔２１を形成することなく圧電デバイスを作製することを特徴としている。以下、図９（ａ）～図９（ｄ）の模式的断面図を参照して、実施形態５の圧電デバイスの製造方法について説明する。
　まず、図９（ａ）に示すように、基板１１上に犠牲層１３を直接形成する。ここで、犠牲層１３としては、後述する基板１１のエッチングにおけるエッチングストップ層として機能する材質を用いることが好ましい。このような材質としては、たとえば、ＳｉＯ2、Ｔｉ、またはＡｌなどを用いることができる。
　次に、図９（ｂ）に示すように、犠牲層１３の全体を被覆するように、基板１１上に支持層１４を形成し、支持層１４上に下部電極１５、圧電膜１６および上部電極１７をこの順に積層する。
　次に、図９（ｃ）に示すように、基板１１を裏面側から犠牲層１３に達するまでエッチングにより除去することによって第１開口部２３を形成する。基板１１のエッチング方法は特に限定されないが、たとえばドライエッチングまたはウエットエッチングにより行うことができる。
　次に、図９（ｄ）に示すように、第１開口部２３を通して犠牲層１３のエッチングを行うことによって第２開口部２２を形成する。これにより、支持層１４に第２開口部２２が形成される。以上により、実施形態５の圧電デバイスが作製される。
　ここで、犠牲層１３の除去方法は特に限定されないが、ウエットエッチングを用いることが好ましい。犠牲層１３をウエットエッチングにより除去した場合には、犠牲層１３を高い精度で除去することができるため、メンブレン部の形状および寸法のばらつきをより低減することができる。そのため、実施形態５の圧電デバイスの特性のばらつきをさらに抑制することができる。
　実施形態５においても、基板１１よりも厚さが十分に薄い犠牲層１３でメンブレン部の形状および寸法を定めることができるとともに、基板１１の下方に第２開口部２２よりも開口面積の小さい第１開口部２３を設けることによって、第２開口部２２で定められたメンブレン部の形状および寸法に影響を与えることなくメンブレン部の下方の空間の体積を大きくすることができる。そのため、実施形態５においても、良好な特性を発現することができるとともに、特性のばらつきを低減することができる圧電デバイスを提供することができる。
　さらに、実施形態５においては、貫通孔２１を形成する必要がないため、音波が貫通孔２１から漏れることによって音響特性に悪影響を与えることもない。そのため、実施形態５の圧電デバイスの特性は、実施形態１～４の圧電デバイスの特性よりも良好なものとなる。
　また、実施形態５においては、実施形態１～４よりも少ない工数で圧電デバイスを製造することができる。そのため、圧電デバイスの製造コストを低減できるとともに、圧電デバイスを効率的に製造することができる。すなわち、実施形態１～４においては、第１開口部２３の形成前に犠牲層１３を除去するため、犠牲層１３を除去するための貫通孔２１を形成する工程が必要となる。一方、実施形態５においては、第１開口部２３の形成後に犠牲層１３を除去するため、第１開口部２３を通して犠牲層１３を除去することができることから、貫通孔２１を形成する工程が必要ない。また、上述のように、実施形態１～４の圧電デバイス（特に超音波トランスデューサ）においては、貫通孔２１から音波が漏れてしまい、特性が悪化することがある。このような特性の悪化を抑制するため、貫通孔２１を埋める方法も考えられるが、貫通孔２１を埋める工程の分だけ、圧電デバイスの製造工程が増加する。
　実施形態５における上記以外の説明は実施形態１～４と同様であるため、その説明については繰り返さない。
　［実施形態６］
　実施形態６は、貫通孔２１は形成しないが、絶縁層１２を形成して圧電デバイスを作製することを特徴としている。以下、図１０（ａ）～図１０（ｅ）の模式的断面図を参照して、実施形態６の圧電デバイスの製造方法について説明する。
　まず、図１０（ａ）に示すように、基板１１上に絶縁層１２を形成し、絶縁層１２上に犠牲層１３を形成する。次に、図１０（ｂ）に示すように、犠牲層１３の全体を被覆するように、基板１１上に支持層１４を形成し、支持層１４上に下部電極１５、圧電膜１６および上部電極１７をこの順に積層する。
　次に、図１０（ｃ）に示すように、基板１１を裏面側から絶縁層１２に達するまでエッチングにより除去することによって第１開口部２３の前段階となる開口部２３ａを形成する。
　次に、図１０（ｄ）に示すように、開口部２３ａから露出している絶縁層１２を除去することによって犠牲層１３の表面を露出させ、第１開口部２３を形成する。
　次に、図１０（ｅ）に示すように、第１開口部２３を通して犠牲層１３のエッチングを行うことによって第２開口部２２を形成する。これにより、支持層１４に第２開口部２２が形成される。以上により、実施形態６の圧電デバイスが作製される。
　実施形態６においても、基板１１よりも厚さが十分に薄い犠牲層１３でメンブレン部の形状および寸法を定めることができるとともに、基板１１の下方に第２開口部２２よりも開口面積の小さい第１開口部２３を設けることによって、第２開口部２２で定められたメンブレン部の形状および寸法に影響を与えることなくメンブレン部の下方の空間の体積を大きくすることができる。そのため、実施形態６においても、良好な特性を発現することができるとともに、特性のばらつきを低減することができる圧電デバイスを提供することができる。
　さらに、実施形態６においても、貫通孔２１を形成する必要がないため、音波が貫通孔２１から漏れることによって音響特性に悪影響を与えることもない。そのため、実施形態６の圧電デバイスの特性も、実施形態１～４の圧電デバイスの特性よりも良好なものとなる。
　また、実施形態６においても、第１開口部２３を通して犠牲層１３を除去することができることから、貫通孔２１を形成する工程が必要ないため、実施形態１～４よりも少ない工数で圧電デバイスを製造することができる。
　実施形態６における上記以外の説明は実施形態１～５と同様であるため、その説明については繰り返さない。
　［実施形態７］
　実施形態７は、絶縁層１２および貫通孔２１を形成することなく、基板１１の表面下に犠牲層１３を埋め込むことによって圧電デバイスを作製することを特徴としている。以下、図１１（ａ）～図１１（ｄ）の模式的断面図を参照して、実施形態７の圧電デバイスの製造方法について説明する。
　まず、図１１（ａ）に示すように、基板１１の表面の一部を除去するとともに基板１１の表面の除去部分を埋めるように犠牲層１３を形成する。
　次に、図１１（ｂ）に示すように、犠牲層１３の全体を被覆するように、基板１１上に支持層１４を形成し、支持層１４上に下部電極１５、圧電膜１６および上部電極１７をこの順に積層する。
　次に、図１１（ｃ）に示すように、基板１１を裏面側から犠牲層１３に達するまでエッチングにより除去することによって第１開口部２３の前段階となる開口部２３ａを形成する。
　次に、図１１（ｄ）に示すように、開口部２３ａから露出している犠牲層１３を除去することによって支持層１４の表面を露出させ、第１開口部２３を形成する。以上により、実施形態７の圧電デバイスが作製される。
　実施形態７においても、基板１１よりも厚さが十分に薄い犠牲層１３でメンブレン部の形状および寸法を定めることができるとともに、基板１１の下方に第２開口部２２よりも開口面積の小さい第１開口部２３を設けることによって、第２開口部２２で定められたメンブレン部の形状および寸法に影響を与えることなくメンブレン部の下方の空間の体積を大きくすることができる。そのため、実施形態７においても、良好な特性を発現することができるとともに、特性のばらつきを低減することができる圧電デバイスを提供することができる。
　さらに、実施形態７においても、貫通孔２１を形成する必要がないため、音波が貫通孔２１から漏れることによって音響特性に悪影響を与えることもない。そのため、実施形態７の圧電デバイスの特性も、実施形態１～４の圧電デバイスの特性よりも良好なものとなる。
　また、実施形態７においても、第１開口部２３を通して犠牲層１３を除去することができることから、貫通孔２１を形成する工程が必要ないため、実施形態１～４よりも少ない工数で圧電デバイスを製造することができる。
　実施形態７における上記以外の説明は実施形態１～６と同様であるため、その説明については繰り返さない。
　［実施形態８］
　実施形態８は、貫通孔２１を形成することなく絶縁層１２の表面下に犠牲層１３を埋め込むことによって圧電デバイスを作製することを特徴としている。以下、図１２（ａ）～図１２（ｅ）の模式的断面図を参照して、実施形態８の圧電デバイスの製造方法について説明する。
　まず、図１２（ａ）に示すように、基板１１上に絶縁層１２を形成し、絶縁層１２の表面の一部を除去する。そして、絶縁層１２の表面の除去部分を埋めるように犠牲層１３を形成する。
　次に、図１２（ｂ）に示すように、犠牲層１３の全体を被覆するように、基板１１上に支持層１４を形成し、支持層１４上に下部電極１５、圧電膜１６および上部電極１７をこの順に積層する。
　次に、図１２（ｃ）に示すように、基板１１を裏面側から絶縁層１２に達するまでエッチングにより除去することによって第１開口部２３の前段階となる開口部２３ａを形成する。
　次に、図１２（ｄ）に示すように、開口部２３ａから露出している絶縁層１２を除去することによって犠牲層１３の表面を露出させ、第１開口部２３を形成する。
　次に、図１２（ｅ）に示すように、第１開口部２３を通して犠牲層１３のエッチングを行うことによって第２開口部２２を形成する。これにより、絶縁層１２に第２開口部２２が形成される。以上により、実施形態８の圧電デバイスが作製される。
　実施形態８においても、基板１１よりも厚さが十分に薄い犠牲層１３でメンブレン部の形状および寸法を定めることができるとともに、基板１１の下方に第２開口部２２よりも開口面積の小さい第１開口部２３を設けることによって、第２開口部２２で定められたメンブレン部の形状および寸法に影響を与えることなくメンブレン部の下方の空間の体積を大きくすることができる。そのため、実施形態７においても、良好な特性を発現することができるとともに、特性のばらつきを低減することができる圧電デバイスを提供することができる。
　さらに、実施形態８においても、貫通孔２１を形成する必要がないため、音波が貫通孔２１から漏れることによって音響特性に悪影響を与えることもない。そのため、実施形態８の圧電デバイスの特性も、実施形態１～４の圧電デバイスの特性よりも良好なものとなる。
　また、実施形態８においても、第１開口部２３を通して犠牲層１３を除去することができることから、貫通孔２１を形成する工程が必要ないため、実施形態１～４よりも少ない工数で圧電デバイスを製造することができる。
　実施形態８における上記以外の説明は実施形態１～７と同様であるため、その説明については繰り返さない。
　以上のように本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
　今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　本発明の圧電デバイスは、たとえば、フィルタ、アクチュエータ、センサ、超音波トランスデューサまたはマイクなどに好適に用いることができる。
　１１　基板、１２　絶縁層、１３　犠牲層、１４　支持層、１５　下部電極、１６　圧電膜、１７　上部電極、２１　貫通孔、２２　第２開口部、２３　第１開口部、２３ａ　開口部。

Claims (10)

  1. 　基板と、
    　前記基板上の支持層と、
    　前記支持層上の下部電極と、
    　前記下部電極上の圧電膜と、
    　前記圧電膜上の上部電極と、を備え、
    　前記基板には前記基板の少なくとも一部を厚さ方向に貫通する第１開口部が設けられており、
    　前記第１開口部上には、前記支持層および前記第１開口部のそれぞれに面する第２開口部が設けられており、
    　前記第１開口部の開口面積が、前記第２開口部の開口面積よりも小さい、圧電デバイス。
  2. 　平面視において、前記第２開口部は、前記第１開口部を含むように設けられる、請求項１に記載の圧電デバイス。
  3. 　前記第２開口部が、前記基板および前記支持層の少なくとも一方に設けられている、請求項１または請求項２に記載の圧電デバイス。
  4. 　前記基板と前記支持層との間の絶縁層をさらに備える、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の圧電デバイス。
  5. 　前記第２開口部が前記絶縁層に設けられている、請求項４に記載の圧電デバイス。
  6. 　基板の表面上および表面下の少なくとも一方に犠牲層を形成する工程と、
    　前記犠牲層上に支持層を形成する工程と、
    　前記支持層上に下部電極を形成する工程と、
    　前記下部電極上に圧電膜を形成する工程と、
    　前記圧電膜上に上部電極を形成する工程と、
    　前記犠牲層を除去することによって第２開口部を形成する工程と、
    　前記基板の少なくとも一部を厚さ方向に除去することによって前記基板の少なくとも一部を厚さ方向に貫通する第１開口部を形成する工程と、を含み、
    　前記第１開口部を形成する工程は、前記第１開口部の開口面積が前記第２開口部の開口面積よりも小さくなるように行われる、圧電デバイスの製造方法。
  7. 　前記第２開口部を形成する工程の前に、少なくとも前記圧電膜および前記下部電極をそれぞれ厚さ方向に貫通して前記犠牲層に達する貫通孔を形成する工程をさらに含む、請求項６に記載の圧電デバイスの製造方法。
  8. 　前記第２開口部を形成する工程の前に、前記第１開口部を形成する工程を行い、
    　前記第１開口部を形成する工程は、前記第１開口部に前記犠牲層の表面が露出するように行われる、請求項６または請求項７に記載の圧電デバイスの製造方法。
  9. 　前記犠牲層を形成する工程の前に、前記基板上に絶縁層を形成する工程をさらに含む、請求項６～請求項８のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
  10. 　前記犠牲層を形成する工程は、前記絶縁層の表面上および表面下の少なくとも一方に前記犠牲層を形成するように行われる、請求項６～請求項９のいずれか１項に記載の圧電デバイスの製造方法。
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