JP4670495B2 - 電子デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層構造を有する電子デバイス及びその製造方法に関するものである。

従来、この技術の分野における電子デバイスの一つである薄膜圧電体素子が、例えば、下記特許文献１に開示されている。この公報に記載の薄膜圧電体素子を作製する際には、まず２枚のシリコン基板を準備し、各基板の表面に（２００）面に優先配向されたＭｇＯ膜を成膜する。次に、このＭｇＯ膜が成膜された各基板の上に、第１の電極膜、圧電体膜、第２の電極膜を順次積層して、２枚の積層基板を作製する。そして、これらの積層基板を電極膜同士を向かい合わせて接着剤で貼り合わせて、まず一方のシリコン基板のみをエッチング除去する。そして、ドライエッチング等で所定の素子形状に成形すると共に、樹脂コーティングした後、もう一方のシリコン基板をエッチング除去して、上記薄膜圧電体素子の作製が完了する。
特開２００３−２２９６１１号公報 特開２００２−１６４５８６号公報 特開２００１−３１３４２９号公報 特開平１１−３１２８０１号公報 特許３３１０８８１号公報

しかしながら、前述した従来の電子デバイスには、次のような課題が存在している。すなわち、２枚目の基板をエッチング除去する工程で、コーティング樹脂（保護膜）と電極膜や圧電体膜で構成された積層体との接合部分からエッチング液が浸入することがあった。このエッチング液が圧電体膜まで浸入した場合には、圧電体膜が溶解されて、作製される圧電体素子の特性が著しく低下してしまう。それに伴い、電子デバイスの歩留まりの低下や生産性の低下も招かれる。

そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、特性の向上が図られた電子デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る電子デバイスの製造方法は、基板上に、一対の電極膜の間に圧電体膜が介在する積層構造を含み、且つ、一対の電極膜のうちの基板に近い側の電極膜と基板との間に介在する酸化物膜を含んで電子デバイスとなるべき積層体が形成された積層基板から、エッチング液を用いて基板を除去する電子デバイスの製造方法であって、酸化物膜と、酸化物膜上に形成され、酸化物膜よりもエッチング液に溶解しやすい圧電体膜とを含む積層体を、基板上に成膜するステップと、積層体を覆う保護膜を形成するステップと、エッチング液を用いて、積層基板から基板を除去するステップとを備え、積層体を成膜する際、圧電体膜を、圧電体膜の外縁が酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側となるように成膜することを特徴とする。

この電子デバイスの製造方法においては、積層体の酸化物膜上に形成された圧電体膜の外縁は、酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側となっている。そのため、積層基板から基板を除去する際、エッチング液が保護膜と積層体との間に浸入した場合には、圧電体膜の外縁が酸化物膜の外縁より内側となっている外縁部分においては、エッチング液は、圧電体膜に到達するまでに酸化物膜を迂回することとなる。すなわち、エッチング液が圧電体膜に到達するまでの経路が、酸化物膜によって有意に延長されている。ここで、従来の電子デバイスの製造方法においては、酸化物膜と圧電体膜とはその外縁が略一致するように作製されるため、エッチング液は、酸化物膜を迂回することなく、直接圧電体膜まで達する。従って、本発明に係る電子デバイスの製造方法においては、エッチング液の圧電体膜までの経路を延長することによって、エッチング液が圧電体膜に達しづらくなっている。それにより、圧電体膜が溶解される事態が有意に抑制され、作製される電子デバイスの特性の向上が実現されている。加えて、圧電体膜の溶解が回避されることで、この電子デバイスにおいては歩留まり及び生産性も向上されている。なお、本発明における成膜には、所定の基板上に膜材料を堆積させて膜を形成する処理だけでなく、膜を形成した後にその膜を成形（パターニング）する処理までも含まれるものとする。

本発明に係る電子デバイスの製造方法は、基板上に、一対の電極膜の間に圧電体膜が介在する積層構造を含み、且つ、一対の電極膜のうちの基板に近い側の電極膜と基板との間に介在する酸化物膜を含んで電子デバイスとなるべき積層体が形成された積層基板から、液体を含む研磨剤を用いて基板を除去する電子デバイスの製造方法であって、酸化物膜と、酸化物膜上に形成され、酸化物膜よりも研磨剤に溶解しやすい圧電体膜とを含む積層体を、基板上に成膜するステップと、積層体を覆う保護膜を形成するステップと、研磨剤を用いて、積層基板から基板を除去するステップとを備え、積層体を成膜する際、圧電体膜を、圧電体膜の外縁が酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側となるように成膜することを特徴とする。

この電子デバイスの製造方法においては、積層体の酸化物膜上に形成された圧電体膜の外縁は、酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側となっている。そのため、積層基板から基板を除去する際、研磨剤が保護膜と積層体との間に浸入した場合には、圧電体膜の外縁が酸化物膜の外縁より内側となっている外縁部分においては、研磨剤は、圧電体膜に到達するまでに酸化物膜を迂回することとなる。すなわち、研磨剤が圧電体膜に到達するまでの経路が、酸化物膜によって有意に延長されている。ここで、従来の電子デバイスの製造方法においては、酸化物膜と圧電体膜とはその外縁が略一致するように作製されるため、研磨剤は、酸化物膜を迂回することなく、直接圧電体膜まで達する。従って、本発明に係る電子デバイスの製造方法においては、研磨剤の圧電体膜までの経路を延長することによって、研磨剤が圧電体膜に達しづらくなっている。それにより、圧電体膜が溶解される事態が有意に抑制され、作製される電子デバイスの特性の向上が実現されている。加えて、圧電体膜の溶解が回避されることで、この電子デバイスにおいては歩留まり及び生産性も向上されている。

また、積層体を成膜する際、圧電体膜を、圧電体膜の外縁が酸化物膜の全ての外縁よりも内側となるように成膜することが好ましい。この場合、圧電体膜の外縁の全ての外縁部分において、エッチング液又は研磨剤が、圧電体膜に到達するまでに酸化物膜を迂回することとなるため、電子デバイスの圧電体膜がより溶解されにくくなる。

また、積層体を成膜する際、一対の電極膜のうちの基板に近い側の電極膜を、その外縁が圧電体膜の外縁と一致するように成膜することが好ましい。

また、保護膜を形成するステップは、酸化物膜の一部が露出させて積層体を覆う第１の保護膜を形成するステップと、酸化物膜のうち第１の保護膜から露出した部分を第１の保護膜とは異なる第２の保護膜により覆うステップとを含むことが好ましい。この場合、第２の保護膜を形成するための２回目以降の保護膜形成で、保護膜の大きさを調整したり、保護膜の構成材料を変更したりすることができるため、保護膜の多様化を図ることが可能である。
また、酸化物膜は、ＺｒＯ _２ 膜及びＹ _２ Ｏ _３ 膜を順次エピタキシャル成長させて形成し、圧電体膜は、ＰＬＴ膜及びＰＺＴ膜を順次エピタキシャル成長させて形成する態様とすることができる。

本発明に係る電子デバイスは、基板上に、一対の電極膜の間に圧電体膜が介在する積層構造を含み、且つ、一対の電極膜のうちの基板に近い側の電極膜と基板との間に介在する酸化物膜を含んで電子デバイスとなるべき積層体が形成された積層基板から、エッチング液を用いて基板を除去して得られる電子デバイスであって、積層体は、一方面及び側面が保護膜で覆われ、他方面が保護膜から露出しており、且つ、酸化物膜と、酸化物膜の一方面側に位置し、酸化物膜よりもエッチング液に溶解しやすい圧電体膜とを含んでおり、圧電体膜の外縁が、酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側にあることを特徴とする。

この電子デバイスにおいては、積層体の酸化物膜の一方面側に位置する圧電体膜の外縁は、酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側となっている。そのため、積層基板から基板を除去する際、エッチング液が保護膜と積層体との間に浸入した場合には、圧電体膜の外縁が酸化物膜の外縁より内側となっている外縁部分においては、エッチング液は、圧電体膜に到達するまでに酸化物膜を迂回することとなる。すなわち、エッチング液が圧電体膜に到達するまでの経路が、酸化物膜によって有意に延長されている。ここで、従来の電子デバイスにおいては、酸化物膜と圧電体膜とはその外縁が略一致しているため、エッチング液は、酸化物膜を迂回することなく、直接圧電体膜まで達する。従って、本発明に係る電子デバイスにおいては、エッチング液の圧電体膜までの経路が延長されたことにより、エッチング液が圧電体膜に達しづらい構造となっている。それにより、圧電体膜が溶解される事態が有意に抑制されており、優れた特性を有する電子デバイスとなっている。加えて、圧電体膜の溶解が回避されることで、この電子デバイスは歩留まり及び生産性が向上されている。

本発明に係る電子デバイスは、基板上に、一対の電極膜の間に圧電体膜が介在する積層構造を含み、且つ、一対の電極膜のうちの基板に近い側の電極膜と基板との間に介在する酸化物膜を含んで電子デバイスとなるべき積層体が形成された積層基板から、液体を含む研磨剤を用いて基板を除去して得られる電子デバイスであって、積層体は、一方面及び側面が保護膜で覆われ、他方面が保護膜から露出しており、且つ、酸化物膜と、酸化物膜の一方面側に位置し、酸化物膜よりも研磨剤に溶解しやすい圧電体膜とを含んでおり、圧電体膜の外縁が、酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側にあることを特徴とする。

この電子デバイスにおいては、積層体の酸化物膜の一方面側に位置する圧電体膜の外縁は、酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側となっている。そのため、積層基板から基板を除去する際、研磨剤が保護膜と積層体との間に浸入した場合には、圧電体膜の外縁が酸化物膜の外縁より内側となっている外縁部分においては、研磨剤は、圧電体膜に到達するまでに酸化物膜を迂回することとなる。すなわち、研磨剤が圧電体膜に到達するまでの経路が、酸化物膜によって有意に延長されている。ここで、従来の電子デバイスにおいては、酸化物膜と圧電体膜とはその外縁が略一致しているため、研磨剤は、酸化物膜を迂回することなく、直接圧電体膜まで達する。従って、本発明に係る電子デバイスにおいては、研磨剤の圧電体膜までの経路が延長されたことにより、研磨剤が圧電体膜に達しづらい構造となっている。それにより、圧電体膜が溶解される事態が有意に抑制されており、優れた特性を有する電子デバイスとなっている。加えて、圧電体膜の溶解が回避されることで、この電子デバイスは歩留まり及び生産性が向上されている。

また、圧電体膜の外縁が、酸化物膜の全ての外縁よりも内側にあることが好ましい。この場合、圧電体膜の外縁の全ての外縁部分において、エッチング液又は研磨剤が、圧電体膜に到達するまでに酸化物膜を迂回することとなるため、電子デバイスの圧電体膜がより溶解されにくくなる。

また、積層体において、一対の電極膜のうちの基板に近い側の電極膜の外縁が、前記圧電体膜の外縁と一致することが好ましい。

また、保護膜は、酸化物膜の一部が露出されて積層体を覆う第１の保護膜と、酸化物膜のうち第１の保護膜から露出した部分を覆う第１の保護膜とは異なる第２の保護膜とを含むことが好ましい。この場合、保護膜の大きさや構成材料を容易に変更することができるため、保護膜の多様化を図ることが可能である。
また、酸化物膜は、ＺｒＯ _２ 膜及びＹ _２ Ｏ _３ 膜を順次エピタキシャル成長させて形成したものであり、圧電体膜は、ＰＬＴ膜及びＰＺＴ膜を順次エピタキシャル成長させて形成したものである態様とすることができる。

本発明によれば、特性の向上が図られた電子デバイス及びその製造方法が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明に係る電子デバイス及びその製造方法を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

本発明の実施形態では、電子デバイスの一種である圧電デバイスを例に説明をおこなう。

（第１実施形態）
まず、この圧電デバイスの作製に用いる製造装置（蒸着装置）について、図１を参照しつつ説明する。

図１に示すように、蒸着装置１０は真空槽１２を備えており、この真空槽１２は排気装置１２ａによって槽内を真空にされる。真空槽１２内には下部にＳｉ単結晶基板１４を保持するホルダ１６が配置されている。このホルダ１６は、回転軸１８を介してモータ２０に接続されており、このモータ２０によって回転され、上記Ｓｉ単結晶基板１４をその基板面内で回転させることができるようになっている。また、上記ホルダ１６内には、Ｓｉ単結晶基板１４を加熱するヒータ２２が内蔵されている。

ホルダ１６の下方には、Ｚｒ蒸発部２４、Ｙ蒸発部２６、Ｐｔ蒸発部２８、Ｐｂ蒸発部３０、Ｔｉ蒸発部３２、Ｌａ蒸発部３４が配置されている。これらの各蒸発部２４，２６，２８，３０，３２，３４には、それぞれの金属源の他に、金属源に蒸発のためのエネルギを供給するためのエネルギ供給装置（電子線発生装置、抵抗加熱装置等）が配置されている。

また、蒸発部２４，２６，２８，３０，３２，３４とホルダ１６との間には、蒸発部２４，２６，２８，３０，３２，３４から放出される蒸着材料の放出ルートを囲むようにループ状のＲＦアンテナ３６が設けられている。また、蒸着装置１０は、酸化性ガスを供給するガス供給装置３８を備えており、このガス供給装置３８の供給口３８ａは、上記ホルダ１６の直ぐ下方に配置されている。そのため、酸化性ガスは、Ｓｉ単結晶基板１４近傍でその分圧が高くなっている。これらのＲＦアンテナ３６とガス供給装置３８との協働により、酸素プラズマの環境を作り出すことで、高精度の成膜処理が実現される。なお、この成膜処理に用いる酸化性ガスとしては、例えば、酸素、オゾン、原子状酸素、ＮＯ_２等がある。

次に、上述した蒸着装置１０を用いて、第１実施形態に係る圧電デバイスを作製する手順について、図２及び図３を参照しつつ説明する。

まず、蒸着装置１０のホルダ１６に、Ｓｉ単結晶基板１４を（１００）面が露出している基板表面１４ａが下向きとなるようにセットする。ここで、基板表面１４ａは、鏡面仕上げのウエハを用い表面をエッチング洗浄しておくことが好ましい。エッチング洗浄は４０％フッ化アンモニウム水溶液等によりおこなう。また、清浄化されたＳｉ単結晶基板１４は極めて反応性が高いため、所定の表面処理を施して、再配列や汚染などから保護することが好ましい。

次に、Ｓｉ単結晶基板１４の基板表面１４ａに、厚さ０．０１μｍのＺｒＯ_２膜４０Ａ及び厚さ０．０４μｍのＹ_２Ｏ_３膜４２Ａを順次エピタキシャル成長して酸化物膜４４Ａを形成する（図２（ａ）参照）。ここで、ＺｒＯ_２膜４０Ａは、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）で構成されたエピタキシャル膜であり、Ｙ_２Ｏ_３膜４２Ａは、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）で構成されたエピタキシャル膜である。より具体的には、４００℃以上に加熱されたＳｉ単結晶基板１４の表面１４ａに、上述したＲＦアンテナ３６とガス供給装置３８との協働によって得られる酸素プラズマ環境下で、Ｚｒ蒸発部２４からＺｒを、Ｙ蒸発部２６からＹを供給して、ＺｒＯ_２膜４０Ａ及びＹ_２Ｏ_３膜４２Ａを成膜する。このようにしてエピタキシャル成長されたＺｒＯ_２膜４０Ａの成長面は（００１）面となり、Ｙ_２Ｏ_３膜４２Ａの成長面は（１００）面となる。

なお、基板面積が１０ｃｍ^２以上、たとえば直径２インチの大きな単結晶基板面積に成膜する場合には、Ｓｉ単結晶基板１４をモータ２０で回転させることにより、高酸素分圧を基板全面に供給することができ、大面積での膜作製が可能となる。このとき、基板の回転数は、１０ｒｐｍ以上であることが望ましい。回転数が遅いと基板面内で膜厚の分布が生じるためである。この基板の回転数の上限は特にないが、通常は真空装置の機構上１２０ｒｐｍ程度である。

次に、酸化物膜４４Ａ上に厚さ０．２μｍの電極膜（第１の薄膜）４６Ａをエピタキシャル成長させる（図２（ｂ）参照）。より具体的には、上記酸素プラズマ環境下で、Ｓｉ単結晶基板１４の上面に、Ｐｔ蒸発部２８からＰｔを供給して、Ｐｔで構成される電極膜４６Ａを成膜する。このようにしてエピタキシャル成長された電極膜４６Ａは＜１００＞方向に配向している。

さらに、電極膜４６Ａ上に、厚さ０．０２μｍのＰＬＴ膜４８Ａ及び厚さ２．５μｍのＰＺＴ膜５０Ａを順次エピタキシャル成長して圧電体膜（第２の薄膜）５２Ａを形成する。ここで、ＰＬＴ膜４８Ａは、Ｌａをドープしたチタン酸鉛（ＰＬＴ）で構成されたエピタキシャル膜であり、ＰＺＴ膜５０Ａは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で構成されたエピタキシャル膜である。より具体的には、上記酸素プラズマ環境下で、加熱されたＳｉ単結晶基板１４の上面に、Ｔｉ蒸発部３２からＴｉを、Ｐｂ蒸発部３０からＰｂを、Ｌａ蒸発部３４からＬａを、Ｚｒ蒸発部２４からＺｒを選択的に供給して、ＰＬＴ膜４８Ａ及びＰＺＴ膜５０Ａを成膜する。これらのＰＬＴ膜４８Ａ及びＰＺＴ膜５０Ａはいずれも、その成長方向（厚さ方向）が＜００１＞方向であり、ｃ面単一配向している。つまり、この圧電体膜５２Ａは、ペロブスカイト型の圧電体膜となっている。

次に、圧電体膜５２Ａ上に厚さ０．２μｍの電極膜５４Ａをエピタキシャル成長させる（図２（ｃ）参照）。より具体的には、上記酸素プラズマ環境下で、Ｓｉ単結晶基板１４の上面に、Ｐｔ蒸発部２８からＰｔを供給して、Ｐｔで構成される電極膜５４Ａを成膜する。

以上のようにして、Ｓｉ単結晶基板１４上に、酸化物膜４４Ａ、電極膜４６Ａ、圧電体膜５２Ａ及び電極膜５４Ａが順次積層された第１の基板５６Ａの作製が完了する。また、この第１の基板５６Ａと同一の基板（第２の基板５６Ｂ）を一枚準備する。すなわち、この第２の基板５６Ｂも、第１の基板５６Ａの酸化物膜４４Ａ、電極膜４６Ａ、圧電体膜５２Ａ及び電極膜５４Ａにそれぞれ対応する、酸化物膜４４Ｂ（ＺｒＯ_２膜４０Ｂ、Ｙ_２Ｏ_３膜４２Ｂ）、電極膜４６Ｂ、圧電体膜５２Ｂ（ＰＬＴ膜４８Ｂ、ＰＺＴ膜５０Ｂ）及び電極膜５４Ｂが、Ｓｉ単結晶基板１４上に順次積層されている。

そして、製造装置１０から第１及び第２の基板５６Ａ，５６Ｂを取り出し、第１の基板５６Ａの最上膜である電極膜５４Ａと、第２の基板５６Ｂの最上膜である電極膜５４Ｂとが重なるように、接着剤を介して第１の基板５６Ａと第２の基板５６Ｂとを貼り合わせる（図２（ｄ）参照）。

そして、水酸化カリウム等のアルカリ溶液、フッ酸、フッ硝酸等のエッチング液で一方面のＳｉ単結晶基板１４を除去する（図２（ｅ）参照）。それにより、接着剤膜５８を中心に、電極膜５４Ａ，５４Ｂ、圧電体膜５２Ａ，５２Ｂ、電極膜４６Ａ，４６Ｂ、酸化物膜４４Ａ，４４Ｂが順次並んだ積層体６０と、その積層体６０の一方面６０ａ（以下、基板面と称す。）にＳｉ単結晶基板１４が張り付いた積層基板６１が得られる。すなわち、積層体６０は、電極膜対（電極膜４６Ａと電極膜５４Ａとの対、電極膜４６Ｂと電極膜５４Ｂとの対）の間に圧電体膜５２Ａ，５２Ｂが介在する積層構造６２を２組備えている。

次に、積層基板６１（すなわち、積層体６０が形成されたＳｉ単結晶基板１４）を、公知のフォトリソ技術を用いて、後述する圧電デバイス７４に対応するサイズとなるように、最上層のＺｒＯ_２膜４０ＢからＰＬＴ膜４８Ａまでのパターニングをおこなう（図３（ａ）参照）。このパターニングにより、圧電体膜５２Ａの外縁が確定される。また、このパターニングに併せて、パターニングによって分離された個々の積層体６０の部分に対し、電極膜５４Ａ、電極膜４６Ｂ及び電極膜５４Ｂそれぞれに達する３つの穴７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃを形成する。

続いて、パターニングによって分離された個々の積層体６０の部分に対し、電極膜４６Ａ及び酸化物膜４４Ａのパターニングを、上記パターニングと同様にしておこなう（図３（ｂ）参照）。このパターニングは、電極膜４６Ａ及び酸化物膜４４Ａの全ての外縁が、所定幅ｄだけ圧電体膜５２Ａの全ての外縁よりも外側になるようにおこなう。このパターニングによって、圧電デバイス７４となるべき個々の積層体６０が完全に基板１４上で分離される。また、このパターニングに併せて、個々の積層体６０において、穴７０Ａを電極膜４６Ａに達するまで伸ばすと共に、穴７０Ｃの底面に電極膜５４Ｂから電極膜５４Ａまで延びる穴７０Ｄを形成する。

次に、Ｓｉ単結晶基板１４の全面に亘ってポリイミド７２を塗布して、個々の積層体６０の上面及び側面をポリイミド（保護膜）７２で一体的に覆うと共に、個々の積層体６０の穴７０Ａ〜７０Ｄにポリイミド７２を充填する（図３（ｃ）参照）。そして、ポリイミド７２のパターニングをおこない、個々の積層体６０に対応するポリイミド７２の外縁を確定する（図３（ｄ）参照）。このとき、穴７０Ａ〜７０Ｃ内のポリイミド７２を、穴７０Ａ〜７０Ｃよりわずかに小さい寸法でエッチング除去することにより、内側面がポリイミド７２で覆われた穴７０Ａ〜７０Ｃと内側面が露出された穴７０Ｄとを得る。

続いて、個々の積層体６０において、内側面がポリイミド７２で覆われた穴７０Ａ〜７０Ｄそれぞれに、Ａｕを充填し、３つのビアＶ１，Ｖ２，Ｖ３を形成する（図３（ｅ）参照）。すなわち、ビアＶ１は電極膜４６Ａまで延びており、ビアＶ２は電極膜４６Ｂまで延びている。そして、ビアＶ１とビアＶ２とはポリイミド７２の上面で連結されており、ビアＶ１とビアＶ２とによって電極膜４６Ａと電極膜４６Ｂとが電気的に接続される。また、ビアＶ３は電極膜５４Ａまで延びており、穴７０Ｄは内側面がポリイミド７２で覆われていないため、このビアＶ３によって電極膜５４Ａと電極膜５４Ｂとが電気的に接続される。

最後に、水酸化カリウム等のアルカリ溶液、フッ酸、フッ硝酸等のエッチング液で、残ったＳｉ単結晶基板１４を除去する（図３（ｆ）参照）。それにより、一方面（すなわち、基板面６０ａの反対面６０ｂ）及び側面６０ｃがポリイミド７２で覆われ、他方面（すなわち、基板面６０ａ）が露出した積層体６０がＳｉ単結晶基板１４から分離させた圧電デバイス７４が得られる。なお、この圧電デバイス７４を使用する際には、ビアＶ１及びビアＶ２を介して、交流電源の一方の端子を電極膜４６Ａ及び電極膜４６Ｂに接続し、ビアＶ３を介して、他方の端子を電極膜５４Ａ及び電極膜５４Ｂに接続する。

次に、圧電デバイス７４が作製される際に、上述した２枚目のＳｉ単結晶基板１４がエッチング除去される工程について、図４を参照しつつ、より詳しく説明する。

積層体６０をＳｉ単結晶基板１４から分離する際、Ｓｉ単結晶基板１４は、積層体６０が形成された面１４ａの反対面側からエッチング液に浸漬される。より具体的には、両面テープを用いて、塩化ビニル等の基材（図示せず）に、ポリイミド７２で覆われ、ビアＶ１，Ｖ２，Ｖ３が形成された積層基板６１をその上面６１ａと基材とが対面するように貼り付け、この積層基板６１の周辺を封止して全体をエッチング液に浸漬する。その際、エッチング液が、積層体６０の基板面６０ａにおけるポリイミド７２と積層体６０との接合部分Ｐから浸入して圧電体膜５２Ａを溶解する事態が生じることが、発明者らによって確認された。

そこで、圧電デバイス７４においては、エッチング液に対する耐溶解性が圧電体膜５２Ａよりも高い電極膜４６Ａの外縁Ｒ２よりも、圧電体膜５２Ａの外縁Ｒ１のほうが内側となるように作製した。そのため、エッチング液がポリイミド７２と積層体６０との間から浸入した場合には、そのエッチング液は電極膜４６Ａを大きく迂回するルートＡを通ることとなる。一方、電極膜４６Ａの外縁と圧電体膜５２Ａの外縁とが略一致するように作製された従来の圧電デバイスでは、エッチング液は、電極膜４６Ａを迂回することなく、直線的に直接圧電体膜５２Ａに達するルートＢを通る。すなわち、圧電デバイス７４においては、エッチング液が圧電体膜５２Ａに到達するまでのルートが、電極膜４６Ａによって有意に延長されており、従来の圧電デバイスに比べてエッチング液が圧電体膜５２Ａまで達しづらくなっている。そのため、この圧電デバイス７４においては、圧電体膜５２Ａがエッチング液によって溶解される事態が有意に抑制されており、従来の圧電デバイスに比べて特性が向上している。加えて、圧電体膜５２Ａの溶解が回避されることで、圧電デバイス７４においては歩留まり及び生産性が向上されている。

なお、圧電デバイス７４では、上述したように、圧電体膜５２Ａの全ての外縁Ｒ１が電極膜４６Ａの外縁Ｒ２よりも内側となっているため、エッチング液は圧電体膜５２Ａまで極めて達しづらくなっている。ここで、圧電体膜５２Ａの外縁Ｒ１は、少なくともその一部が、電極膜４６Ａの外縁Ｒ２よりも内側となっていれば、その外縁部分においてエッチング液が電極膜４６Ａを迂回することとなるため、上記効果を得ることができる。ただし、圧電体膜５２Ａの全ての外縁Ｒ１が電極膜４６Ａの外縁Ｒ２よりも内側となっている方がより効果的であることはいうまでもない。

また、圧電体膜５２Ａの外縁Ｒ１と電極膜４６Ａの外縁Ｒ２との間の距離（幅）ｄが長ければ長いほど、当然にエッチング液は圧電体膜５２Ａに到達しにくくなるため、より高い確度で圧電体膜５２Ａが溶解される事態を抑制することができる。そのため、ｄの長さは、酸化物膜４４Ａの厚さ（０．０５μｍ）と電極膜４６Ａの厚さ（０．２μｍ）とを合わせた厚さの１０倍以上であることがより好ましい。そして、電極膜４６Ａを拡大させて距離ｄの拡大を図った結果、電極膜４６Ａがポリイミド７２の形成領域から露出するような場合には、露出した部分の電極膜をポリイミド７２とは別体のポリイミド７２Ａで覆ってもよい（図５参照）。このように、２つのポリイミド７２，７２Ａの採用により、保護膜の大きさや構成材料を容易に変更することができるため、保護膜の多様化を図ることが可能である。また、保護膜を形成する際、保護膜を複数回に分けて形成することになるため、２回目以降の保護膜形成で、保護膜の大きさを調整したり、保護膜の構成材料を変更したりすることができるため、保護膜の多様化を図ることが可能である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る圧電デバイス７４Ｂを作製する手順について、図６を参照しつつ説明する。

第２実施形態に係る圧電デバイス７４Ｂを作製する場合も、第１実施形態と同様の手順により、積層基板６１を準備する。

そして、積層基板６１を、公知のフォトリソ技術を用いて、後述する圧電デバイス７４Ｂに対応するサイズとなるように、最上層のＺｒＯ_２膜４０Ｂから電極膜４６Ａまでのパターニングをおこなう（図６（ａ）参照）。このパターニングにより、圧電体膜５２Ａの外縁が確定される。また、このパターニングに併せて、パターニングによって分離された個々の積層体６０の部分に対し、第１実施形態と同様の穴７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃを形成する。

続いて、パターニングによって分離された個々の積層体６０の部分に対し、酸化物膜４４Ａ（第１の薄膜）のパターニングを、上記パターニングと同様にしておこなう（図６（ｂ）参照）。このパターニングは、酸化物膜４４Ａの全ての外縁が、所定幅ｄだけ圧電体膜５２Ａの全ての外縁よりも外側になるようにおこなう。このパターニングによって、圧電デバイス７４Ｂとなるべき個々の積層体６０が完全に基板１４上で分離される。また、このパターニングに併せて、個々の積層体６０において、穴７０Ａを電極膜４６Ａに達するまで伸ばすと共に、穴７０Ｃの底面に電極膜５４Ｂから電極膜５４Ａまで延びる穴７０Ｄを形成する。

その後、第１実施形態と同様の手順によって、ポリイミド７２の塗布（図６（ｃ）参照）、ポリイミド７２のパターニング（図６（ｄ）参照）、ビアＶ１，Ｖ２，Ｖ３の形成（図６（ｅ）参照）、及びＳｉ単結晶基板１４の除去（図６（ｆ）参照）をおこない、圧電デバイス７４Ｂの作製が完了する。以上の製造方法の説明から明らかなように、この圧電デバイス７４Ｂは、圧電体膜４６Ａについてのみ、第１実施形態に係る圧電デバイス７４と異なる。

次に、圧電デバイス７４Ｂが作製される際に、上述した２枚目のＳｉ単結晶基板１４がエッチング除去される工程について、図７を参照しつつ、より詳しく説明する。

第２実施形態においても、積層体６０のＳｉ単結晶基板１４からの分離は、第１実施形態と同様の方法によっておこなわれる。そして、第２実施形態に係る圧電デバイス７４Ｂにおいては、エッチング液に対する耐溶解性が圧電体膜５２Ａよりも高い酸化物膜４４Ａの外縁Ｒ３よりも、圧電体膜５２Ａの外縁Ｒ１のほうが内側となるように作製した。そのため、エッチング液がポリイミド７２と積層体６０との間から浸入した場合には、そのエッチング液は酸化物膜４４Ａを大きく迂回するルートＡ’を通ることとなる。一方、酸化物膜４４Ａの外縁と圧電体膜５２Ａの外縁とが略一致するように作製された従来の圧電デバイスでは、エッチング液は、酸化物膜４４Ａを迂回することなく、直線的に直接圧電体膜５２Ａに達するルートＢ’を通る。すなわち、圧電デバイス７４Ｂにおいては、エッチング液が圧電体膜５２Ａに到達するまでのルートが、酸化物膜４４Ａによって有意に延長されており、従来の圧電デバイスに比べてエッチング液が圧電体膜５２Ａまで達しづらくなっている。そのため、この圧電デバイス７４Ｂにおいても、上述した圧電デバイス７４，７４Ａ同様、圧電体膜５２Ａがエッチング液によって溶解される事態が有意に抑制されており、従来の圧電デバイスに比べて特性が向上している。加えて、圧電体膜５２Ａの溶解が回避されることで、この圧電デバイス７４Ｂにおいても歩留まり及び生産性が向上されている。

ここで、発明者らは、エッチング液の浸入態様をより詳しく調べるために、以下に示すような実験をおこなった。すなわち、２枚目のＳｉ単結晶基板１４がエッチング除去される前の第１の実施形態に係る圧電デバイス７４（試料＃２）、第２の実施形態に係る圧電デバイス７４Ｂ（試料＃３）及び従来の圧電デバイス（試料＃１）を、それぞれ４００個ずつ準備し、それぞれの圧電デバイスに残留するＳｉＣ単結晶を上述したエッチング液を用いてエッチング除去した後、圧電体層が浸食されたか否かによってエッチング液の浸入を調べて、エッチング液が浸入しなかった圧電デバイスの割合（浸入防止率）を算出した。その結果は、以下の表１に示すとおりであった。

つまり、従来の圧電デバイスである試料＃１では、全てのサンプルにおいてエッチング液の浸入が確認された。一方、第１の実施形態に係る圧電デバイス７４である試料＃２及び第２の実施形態に係る圧電デバイス７４Ｂである試料＃３では、浸食なしサンプルがそれぞれ２３２個、３８６個確認された。この結果から、試料＃２，３のように、圧電体膜に到達するまでのエッチング液のルートを延長することで、試料＃１の従来の圧電デバイスに比べてエッチング液の浸入が明らかに抑制されることがわかる。

さらに表１から、圧電デバイス７４（試料＃２）に比べて圧電デバイス７４Ｂ（試料＃３）のほうが、エッチング液の浸入を防止していることがわかる。これは、ポリイミド７２に対する電極膜４６Ａ及び酸化物４４Ａの密着性の違いに起因しているものと考えられる。すなわち、電極膜４６Ａとポリイミド７２との密着強度よりも、酸化物膜４４Ａとポリイミド７２との密着強度のほうが高く、その結果、酸化物膜４４Ａとポリイミド７２との密着領域がより広い圧電デバイス７４Ｂのほうの浸入防止率が高くなったと考えられる。なお、試料＃３においては、作製する際の成膜工程やパターニング工程をより精度よくおこなってデバイスのパーティクルや損傷の影響を抑えることで、エッチング液の浸入が完全に抑えられるものと考えられる。

従って、第２実施形態に係る圧電デバイス７４Ｂは、第１実施形態に係る圧電デバイス７４，７４Ａに比べて、圧電体膜５２Ａがエッチング液によって溶解される事態をより確実に抑制することができる。

なお、圧電デバイス７４Ｂでも、酸化物膜４４Ａの外縁Ｒ３は、少なくともその一部が電極膜４６Ａの外縁Ｒ１よりも内側となっていれば、その外縁部分においてエッチング液が電極膜４６Ａを迂回することとなるため、上記効果を得ることができる。ただし、圧電体膜５２Ａの全ての外縁Ｒ１が酸化物膜４４Ａの外縁Ｒ３よりも内側となっている方がより効果的であることはいうまでもない。

また、圧電体膜５２Ａの外縁Ｒ１と酸化物膜４４Ａの外縁Ｒ３との間の距離（幅）ｄが長ければ長いほど、当然にエッチング液は圧電体膜５２Ａに到達しにくくなるため、より高い確度で圧電体膜５２Ａが溶解される事態を抑制することができる。そのため、第２実施形態に係る圧電デバイスも、第１実施形態の圧電デバイス７４Ａのように、ポリイミド７２と別体のポリイミド７２Ａとで覆われた圧電デバイス７４Ｃとすることができる（図８参照）。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、電子デバイスは、圧電デバイスに限らず、誘電体膜や導電体膜、半導体膜などの機能性薄膜を有する各種デバイスであってもよい。また、積層体の層数も、上述した数に限定されず、２層（第１の薄膜及び第２の薄膜）以上の層数から適宜選択できる。

基板は、Ｓｉ単結晶基板に限定されず、Ｓｉとは異なる材料からなる単結晶基板や多結晶基板であってもよい。基板の除去に用いる液体は、第１の薄膜よりも第２の薄膜を溶解しやすい液体であれば、上述したエッチング液に限定されず、例えば、液体を含む研磨剤であってもよい。保護膜は、ポリイミドに限定されず、使用するエッチング液に対して高い耐性を有するものから適宜選択することができる。

電極膜の構成材料は、Ｐｔに限らず、例えば、Ａｕ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｃｕ及びＡｇからなる金属材料群のうちの少なくとも１種類を含むものであってもよい。さらに、圧電体膜は、上述した構成に限らず、チタン酸ストロンチウム酸鉛や、チタン酸鉛で構成されたｃ面単一配向薄膜であってもよい。また、薄膜圧電体素子の作製には、その他の製造装置を採用することも可能であり、例えば、スパッタ装置やＭＢＥ装置を用いてもよい。

上述した実施形態では、最終的に個々に分離される電子デバイス（圧電デバイス）の製造方法について説明したが、例えば、図３（ｃ）や図６（ｃ）に示した状態の積層基板を、別途用意した基板に接着剤等を用いて貼り付けることで、この基板上に複数配列させた電子デバイスを得ることも可能である。

本発明の実施形態に係る圧電デバイスの作製に用いた薄膜作製装置を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る圧電デバイスを作製する手順の前段階を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る圧電デバイスを作製する手順の後段階を示した図である。 本発明の第１実施形態に係る圧電デバイスの要部拡大図である。 図４とは異なる態様の圧電デバイスを示した図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電デバイスを作製する手順の後段階を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る圧電デバイスの要部拡大図である。 図７とは異なる態様の圧電デバイスを示した図である。

符号の説明

１０…蒸着装置、１４…Ｓｉ単結晶基板、４４Ａ…酸化物膜、４６Ａ…電極膜、５２Ａ…圧電体膜、６０…積層体、６１…積層基板、７２，７２Ａ…ポリイミド、７４，７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ…圧電デバイス、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…外縁。

Claims (12)

1. 基板上に、一対の電極膜の間に圧電体膜が介在する積層構造を含み、且つ、前記一対の電極膜のうちの前記基板に近い側の前記電極膜と前記基板との間に介在する酸化物膜を含んで電子デバイスとなるべき積層体が形成された積層基板から、エッチング液を用いて前記基板を除去する電子デバイスの製造方法であって、
   前記酸化物膜と、前記酸化物膜上に形成され、前記酸化物膜よりも前記エッチング液に溶解しやすい前記圧電体膜とを含む前記積層体を、前記基板上に成膜するステップと、
   前記積層体を覆う保護膜を形成するステップと、
   前記エッチング液を用いて、前記積層基板から前記基板を除去するステップとを備え、
   前記積層体を成膜する際、前記圧電体膜を、前記圧電体膜の外縁が前記酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側となるように成膜することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
2. 基板上に、一対の電極膜の間に圧電体膜が介在する積層構造を含み、且つ、前記一対の電極膜のうちの前記基板に近い側の前記電極膜と前記基板との間に介在する酸化物膜を含んで電子デバイスとなるべき積層体が形成された積層基板から、液体を含む研磨剤を用いて前記基板を除去する電子デバイスの製造方法であって、
   前記酸化物膜と、前記酸化物膜上に形成され、前記酸化物膜よりも前記研磨剤に溶解しやすい前記圧電体膜とを含む前記積層体を、前記基板上に成膜するステップと、
   前記積層体を覆う保護膜を形成するステップと、
   前記研磨剤を用いて、前記積層基板から前記基板を除去するステップとを備え、
   前記積層体を成膜する際、前記圧電体膜を、前記圧電体膜の外縁が前記酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側となるように成膜することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
3. 前記積層体を成膜する際、前記圧電体膜を、前記圧電体膜の外縁が前記酸化物膜の全ての外縁よりも内側となるように成膜することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。
4. 前記積層体を成膜する際、前記一対の電極膜のうちの前記基板に近い側の前記電極膜を、その外縁が前記圧電体膜の外縁と一致するように成膜することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子デバイスの製造方法。
5. 前記保護膜を形成するステップは、前記酸化物膜の一部を露出させて前記積層体を覆う第１の保護膜を形成するステップと、前記酸化物膜のうち前記第１の保護膜から露出した部分を前記第１の保護膜とは異なる第２の保護膜により覆うステップとを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
6. 前記酸化物膜は、ＺｒＯ _２ 膜及びＹ _２ Ｏ _３ 膜を順次エピタキシャル成長させて形成し、
   前記圧電体膜は、ＰＬＴ膜及びＰＺＴ膜を順次エピタキシャル成長させて形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
7. 基板上に、一対の電極膜の間に圧電体膜が介在する積層構造を含み、且つ、前記一対の電極膜のうちの前記基板に近い側の前記電極膜と前記基板との間に介在する酸化物膜を含んで電子デバイスとなるべき積層体が形成された積層基板から、エッチング液を用いて前記基板を除去して得られる電子デバイスであって、
   前記積層体は、一方面及び側面が保護膜で覆われ、他方面が前記保護膜から露出しており、且つ、前記酸化物膜と、前記酸化物膜の前記一方面側に位置し、前記酸化物膜よりも前記エッチング液に溶解しやすい前記圧電体膜とを含んでおり、
   前記圧電体膜の外縁が、前記酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側にあることを特徴とする電子デバイス。
8. 基板上に、一対の電極膜の間に圧電体膜が介在する積層構造を含み、且つ、前記一対の電極膜のうちの前記基板に近い側の前記電極膜と前記基板との間に介在する酸化物膜を含んで電子デバイスとなるべき積層体が形成された積層基板から、液体を含む研磨剤を用いて前記基板を除去して得られる電子デバイスであって、
   前記積層体は、一方面及び側面が保護膜で覆われ、他方面が前記保護膜から露出しており、且つ、前記酸化物膜と、前記酸化物膜の前記一方面側に位置し、前記酸化物膜よりも前記研磨剤に溶解しやすい前記圧電体膜とを含んでおり、
   前記圧電体膜の外縁が、前記酸化物膜の少なくとも一部の外縁よりも内側にあることを特徴とする電子デバイス。
9. 前記圧電体膜の外縁が、前記酸化物膜の全ての外縁よりも内側にあることを特徴とする請求項７又は８に記載の電子デバイス。
10. 前記一対の電極膜のうちの前記基板に近い側の前記電極膜の外縁が、前記圧電体膜の外縁と一致することを特徴とする請求項７又は８に記載の電子デバイスの製造方法。
11. 前記保護膜は、前記酸化物膜の一部が露出されて前記積層体を覆う第１の保護膜と、前記酸化物膜のうち前記第１の保護膜から露出した部分を覆う前記第１の保護膜とは異なる第２の保護膜とを含むことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一項に記載の電子デバイス。
12. 前記酸化物膜は、ＺｒＯ _２ 膜及びＹ _２ Ｏ _３ 膜を順次エピタキシャル成長させて形成したものであり、
    前記圧電体膜は、ＰＬＴ膜及びＰＺＴ膜を順次エピタキシャル成長させて形成したものであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に記載の電子デバイス。

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