(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023147857
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】圧電体フィルム接合基板及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H10N 30/853 20230101AFI20231005BHJP
H10N 30/87 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/06 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/30 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/073 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/076 20230101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
H01L41/187
H01L41/047
H01L41/29
H01L41/113
H01L41/313
H01L41/316
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022055593
(22)【出願日】2022-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000000295
【氏名又は名称】沖電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100116964
【弁理士】
【氏名又は名称】山形 洋一
(74)【代理人】
【識別番号】100120477
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 賢改
(74)【代理人】
【識別番号】100135921
【弁理士】
【氏名又は名称】篠原 昌彦
(74)【代理人】
【氏名又は名称】半田 淳一
(72)【発明者】
【氏名】古田 裕典
(72)【発明者】
【氏名】小酒 達
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 貴人
(72)【発明者】
【氏名】谷川 兼一
(72)【発明者】
【氏名】石川 琢磨
(72)【発明者】
【氏名】北島 由隆
(57)【要約】
【課題】同一基板上に２種類以上の圧電膜を重ねて設けた高性能な圧電体フィルム接合基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】圧電体フィルム接合基板（１００）は、基板（３３）と、基板（３３）上に設けられた基板電極（３４）と、第１の圧電膜（２５）とその上に形成された第１の上部電極膜（２６）とを有し基板電極（３４）に貼り付けられた第１の圧電体フィルム（２７）と、第１の圧電膜（２５）と異なる第２の圧電膜（１５）と第２の圧電膜（１５）上に形成された第２の上部電極膜（１６）とを有し第１の上部電極膜（２６）上に貼り付けられた第２の圧電体フィルム（１７）と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】圧電体フィルム接合基板（１００）は、基板（３３）と、基板（３３）上に設けられた基板電極（３４）と、第１の圧電膜（２５）とその上に形成された第１の上部電極膜（２６）とを有し基板電極（３４）に貼り付けられた第１の圧電体フィルム（２７）と、第１の圧電膜（２５）と異なる第２の圧電膜（１５）と第２の圧電膜（１５）上に形成された第２の上部電極膜（１６）とを有し第１の上部電極膜（２６）上に貼り付けられた第２の圧電体フィルム（１７）と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上に設けられた基板電極と、
第１の圧電膜と前記第１の圧電膜上に形成された第１の上部電極膜とを有し、前記基板電極に貼り付けられた第１の圧電体フィルムと、
前記第１の圧電膜と異なる第２の圧電膜と前記第２の圧電膜上に形成された第２の上部電極膜とを有し、前記第１の上部電極膜上に貼り付けられた第２の圧電体フィルムと
を有することを特徴とする圧電体フィルム接合基板。
前記基板上に設けられた基板電極と、
第１の圧電膜と前記第１の圧電膜上に形成された第１の上部電極膜とを有し、前記基板電極に貼り付けられた第１の圧電体フィルムと、
前記第１の圧電膜と異なる第２の圧電膜と前記第２の圧電膜上に形成された第２の上部電極膜とを有し、前記第１の上部電極膜上に貼り付けられた第２の圧電体フィルムと
を有することを特徴とする圧電体フィルム接合基板。
【請求項2】
前記第１の圧電体フィルムの面積と前記第２の圧電体フィルムの面積とが異なる
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電体フィルム接合基板。
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電体フィルム接合基板。
【請求項3】
前記第２の圧電体フィルムの面積が前記第１の圧電体フィルムの面積より小さい
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電体フィルム接合基板。
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電体フィルム接合基板。
【請求項4】
前記第２の圧電体フィルムは、前記第２の圧電膜における、前記第２の上部電極膜と反対側の面に形成された第２の下部電極膜をさらに有する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
【請求項5】
前記第１の圧電体フィルムは、前記第１の圧電膜における、前記第１の上部電極膜と反対側の面に形成された第１の下部電極膜をさらに有する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
【請求項6】
前記第２の圧電膜は単結晶であり、前記第１の圧電膜は単結晶である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
【請求項7】
前記基板電極の表面の面積は、前記基板電極の前記表面に貼り付けられた前記第１の圧電体フィルムの貼り付け面の面積より大きい
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
【請求項8】
前記第１の圧電膜は、ＡｌＮ膜、又はタンタル酸リチウム膜、又はニオブ酸リチウム膜であり、
前記第２の圧電膜は、ＰＺＴ膜、又はＫＮＮ膜、又はチタン酸バリウム膜である
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
前記第２の圧電膜は、ＰＺＴ膜、又はＫＮＮ膜、又はチタン酸バリウム膜である
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板。
【請求項9】
第１の基板上に形成され、第１の圧電膜と前記第１の圧電膜上に設けられた第１の電極膜とを有する第１の圧電体フィルムと、第２の基板上に形成され、第２の圧電膜と前記第２の圧電膜上に設けられた第２の電極膜とを有する第２の圧電体フィルムと、を前記第１の基板及び前記第２の基板からそれぞれ剥離し、
前記第１の基板及び前記第２の基板のいずれとも異なる第３の基板上に形成された電極上に、前記第１の圧電体フィルムを貼り付け、
前記第１の圧電体フィルム上に前記第２の圧電体フィルムを貼り付ける
ことを特徴とする圧電体フィルム接合基板の製造方法。
前記第１の基板及び前記第２の基板のいずれとも異なる第３の基板上に形成された電極上に、前記第１の圧電体フィルムを貼り付け、
前記第１の圧電体フィルム上に前記第２の圧電体フィルムを貼り付ける
ことを特徴とする圧電体フィルム接合基板の製造方法。
【請求項10】
前記第２の圧電体フィルムは、前記第２の圧電膜における、前記第２の上部電極膜と反対側の面に形成された第２の下部電極膜をさらに有する
ことを特徴とする請求項９に記載の圧電体フィルム接合基板の製造方法。
ことを特徴とする請求項９に記載の圧電体フィルム接合基板の製造方法。
【請求項11】
前記第１の圧電体フィルムは、前記第１の圧電膜における、前記第１の上部電極膜と反対側の面に形成された第１の下部電極膜をさらに有する
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の圧電体フィルム接合基板の製造方法。
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の圧電体フィルム接合基板の製造方法。
【請求項12】
前記第２の圧電膜は単結晶であり、前記第１の圧電膜は単結晶である
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板の製造方法。
ことを特徴とする請求項９から１１のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板の製造方法。
【請求項13】
前記第３の基板上に形成された前記電極の表面の面積は、前記電極の前記表面に貼り付けられる前記第１の圧電体フィルムの貼り付け面の面積より大きい
ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板の製造方法。
ことを特徴とする請求項９から１２のいずれか１項に記載の圧電体フィルム接合基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、圧電体フィルム接合基板及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、複数の異なる種類の圧電膜を積層したものが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１８－１９０８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の装置において、同一基板上に異なる種類の複数の圧電膜を積層させる場合には、複数の圧電膜を持つ高性能なデバイスを得ることができない。
【0005】
本開示は、同一基板上に２種類以上の圧電膜を重ねて設けた高性能な圧電体フィルム接合基板及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の圧電体フィルム接合基板は、
基板と、前記基板上に設けられた基板電極と、第１の圧電膜と前記第１の圧電膜上に形成された第１の上部電極膜とを有し、前記基板電極に貼り付けられた第１の圧電体フィルムと、前記第１の圧電膜と異なる第２の圧電膜と前記第２の圧電膜上に形成された第２の上部電極膜とを有し、前記第１の上部電極膜上に貼り付けられた第２の圧電体フィルムとを有することを特徴とする。
基板と、前記基板上に設けられた基板電極と、第１の圧電膜と前記第１の圧電膜上に形成された第１の上部電極膜とを有し、前記基板電極に貼り付けられた第１の圧電体フィルムと、前記第１の圧電膜と異なる第２の圧電膜と前記第２の圧電膜上に形成された第２の上部電極膜とを有し、前記第１の上部電極膜上に貼り付けられた第２の圧電体フィルムとを有することを特徴とする。
【0007】
本開示の圧電体フィルム接合基板の製造方法は、第１の基板上に形成され、第１の圧電膜と前記第１の圧電膜上に設けられた第１の電極膜とを有する第１の圧電体フィルムと、第２の基板上に形成され、第２の圧電膜と前記第２の圧電膜上に設けられた第２の電極膜とを有する第２の圧電体フィルムと、を前記第１の基板及び前記第２の基板からそれぞれ剥離し、前記第１の基板及び前記第２の基板のいずれとも異なる第３の基板上に形成された電極上に、前記第１の圧電体フィルムを貼り付け、前記第１の圧電体フィルム上に前記第２の圧電体フィルムを貼り付けることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、同一基板上に２種類以上の圧電膜を重ねて設けた高性能な圧電体フィルム接合基板及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】実施の形態１に係る圧電体フィルム接合基板の構造を概略的に示す側面図である。
【図4】実施の形態１に係る圧電体フィルム接合基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図5】（Ａ）及び（Ｂ）は、図４のステップＳＴ１０１におけるＰＺＴエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、図４のステップＳＴ１０２におけるＰＺＴエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。
【図6】（Ａ）及び（Ｂ）は、図４のステップＳＴ１０４におけるＡｌＮエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、図４のステップＳＴ１０５におけるＡｌＮエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。
【図11】（Ａ）は、次の圧電体フィルム接合基板の製造プロセスを示す断面図であり、（Ｂ）は、ＰＺＴ圧電体フィルムが貼り付けられた状態を示す上面図である。
【図12】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１の変形例に係る圧電体フィルム接合基板の構造を概略的に示す側面図及び上面図である。
【図13】（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態２に係る圧電体フィルム接合基板の構造を概略的に示す側面図及び上面図である。
【図14】ＰＺＴ圧電体フィルムを含むエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す断面図である。
【図15】ＡｌＮ圧電体フィルムを含むエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す断面図である。
【図17】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１６のステップＳＴ２０１におけるＰＺＴエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、図１６のステップＳＴ２０２におけるＰＺＴエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。
【図18】（Ａ）及び（Ｂ）は、図１６のステップＳＴ２０４におけるＡｌＮエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図であり、（Ｃ）及び（Ｄ）は、図１６のステップＳＴ２０５におけるＡｌＮエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。
【図23】（Ａ）は、次の圧電体フィルム接合基板の製造プロセスを示す断面図であり、（Ｂ）は、ＰＺＴ圧電体フィルムが貼り付けられた状態を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下に、実施の形態に係る圧電体フィルム接合基板及びその製造方法を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、本開示の範囲内で種々の変更が可能である。本出願において、圧電体フィルム接合基板は、同じ基板上に複数の圧電膜を設けた中間体としての製品である。圧電膜は、単結晶圧電膜であることが望ましいが、多結晶圧電膜で構成することも可能である。
【0011】
実施の形態に係る圧電体フィルム接合基板を用いることで、複数の圧電体を有する圧電膜集積デバイスを製造することができる。この圧電膜集積デバイスは、例えば、音響振動センサである。なお、音響振動センサは、音響振動波を出力し、音響振動波の反射波を検出することで検出対象物の状態（例えば、距離、形状、動きなど）を検出するセンサである。音響振動センサは、「超音波センサ」とも呼ばれる。一般には、また、本出願において、音響振動波は、音波及び超音波の少なくとも一方からなる。すなわち、音響振動波は、音波、又は超音波、又は音波及び超音波の両方からなる。
【0012】
《１》実施の形態１
《１－１》圧電体フィルム接合基板１００の構造
図１は、実施の形態１に係る圧電体フィルム接合基板１００の構造を概略的に示す側面図である。図２は、圧電体フィルム接合基板１００の構造を概略的に示す上面図である。図３は、図２の圧電体フィルム接合基板１００をＳ３－Ｓ３線で切る断面図である。
《１－１》圧電体フィルム接合基板１００の構造
図１は、実施の形態１に係る圧電体フィルム接合基板１００の構造を概略的に示す側面図である。図２は、圧電体フィルム接合基板１００の構造を概略的に示す上面図である。図３は、図２の圧電体フィルム接合基板１００をＳ３－Ｓ３線で切る断面図である。
【0013】
圧電体フィルム接合基板１００は、基板としてのＳＯＩ基板３３と、ＳＯＩ基板３３上に設けられた電極（すなわち、基板電極）としての白金（Ｐｔ）膜３４とを有している。図２に示されるように、Ｐｔ膜３４は、ＳＯＩ基板３３に形成された配線層に接続されている。ＳＯＩは、Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒである。また、ＳＯＩ基板３３内には、圧電体フィルム接合基板１００を駆動して音響振動波を発生させるための駆動回路及び音響振動波の検出信号を用いた処理を行う処理回路などが形成されてもよい。
【0014】
圧電体フィルム接合基板１００は、基板電極であるＰｔ膜３４に貼り付けられた第１の圧電体フィルムとしてのＡｌＮ圧電体フィルム２７と、ＡｌＮ圧電体フィルム２７上に貼り付けられた第２の圧電体フィルムとしてのＰＺＴ圧電体フィルム１７とを有している。ＡｌＮ圧電体フィルム２７は、第１の圧電膜としてのＡｌＮ膜２５と、その上に形成された第１の上部電極膜としてのＰｔ膜２６とを有している。ＰＺＴ圧電体フィルム１７は、第１の圧電膜と異なる（例えば、結晶構造が異なる）第２の圧電膜としてのＰＺＴ膜１５とその上に形成された第２の上部電極膜としてのＰｔ膜１６とを有し、Ｐｔ膜２６上に貼り付けられている。また、ＰＺＴ圧電体フィルム１７の面積とＡｌＮ圧電体フィルム２７の面積とは互いに異なる。実施の形態１では、ＰＺＴ圧電体フィルム１７の面積がＡｌＮ圧電体フィルム２７の面積より小さい。
【0015】
ＡｌＮは、窒化アルミニウムである。ＰＺＴは、チタン酸ジルコン酸鉛である。第１の圧電体フィルムとしては、ＡｌＮ圧電体フィルムの代わりに、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）圧電体フィルム又はニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）圧電体フィルムなどのような他の圧電膜を用いてもよい。第２の圧電体フィルムとしては、ＰＺＴ圧電体フィルムの代わりに、ニオブ酸カリウムナトリウム（ＫＮＮ）圧電体フィルム又はチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）圧電体フィルムなどのような他の圧電体フィルムを用いてもよい。また、第１及び第２の圧電体フィルムは、単結晶圧電体フィルムであることが望ましいが、多結晶圧電体フィルムであってもよい。図示の例では、第１の圧電体フィルムは、音響振動波（又はその反射波）を検出する圧電体であり、第２の圧電体フィルムより比誘電率が低く、より高い検出感度の圧電体である。第２の圧電体フィルムは、音響振動波を発生させる圧電体であり、第１の圧電体フィルムの振動振幅より圧電定数が大きく、大きい振動振幅が得られる圧電体であることが望ましい。
【0016】
なお、下側の圧電体フィルムである第１の圧電体フィルムが、ＰＺＴ膜とＰｔ膜とを有し、上側の圧電体フィルムである第２の圧電体フィルムが、ＡｌＮ膜とこの上に重なるＰｔ膜とを有してもよい。
【0017】
また、図１に示されるように、圧電体フィルム接合基板１００は、絶縁膜３５ａとその上に形成された配線膜３６ａと、絶縁膜３５ｂと、その上に形成された配線膜３６ｂとを有している。
【0018】
ＳＯＩ基板３３は、Ｓｉ基板３０と、絶縁膜としての酸化シリコン（ＳｉＯ２）部３１と、単結晶シリコン（単結晶Ｓｉ）部３２とを有している。単結晶Ｓｉ部３２のＰＺＴ膜１５及びＡｌＮ膜２５の下部領域（すなわち、圧電膜に重なる領域）にＳｉ基板３０をエッチングすることで穴（キャビティ）が形成されてもよい。穴が形成された領域に位置するＳｉＯ２部３１及び単結晶Ｓｉ部３２が振動板としての機能を持つ。また、基板として、ＳＯＩ基板３３の代わりに、ガラス基板又は有機膜基板のような他の材料からなる基板を用いてもよい。ＰＺＴ膜１５で発生した音響振動波は穴から出力され、ＡｌＮ膜２５は穴を通して音響振動波の反射波を検出する。
【0019】
ＰＺＴ膜１５の厚さは、一般には、１０ｎｍ～１０μｍの範囲内であり、望ましくは、１００ｎｍ～５μｍの範囲内である。また、ＡｌＮ膜２５の厚さは、一般には、１０ｎｍ～１０μｍの範囲内であり、望ましくは、１００ｎｍ～２μｍの範囲内である。Ｐｔ膜３４は、ＳＯＩ基板３３の上面に形成されている。Ｐｔ膜３４の表面（上面）とＡｌＮ圧電体フィルム２７は、分子間力によって接合されている。ＡｌＮ圧電体フィルム２７のＰｔ膜２６の表面とＰＺＴ圧電体フィルム１７は、分子間力によって接合されている。これらの接合には、接着剤を用いる必要はない。これらを分子間力により良好に接合するためには、ＡｌＮ圧電体フィルム２７の貼り付け面、ＰＺＴ圧電体フィルム１７の貼り付け面、及び、Ｐｔ膜３４とＰｔ膜２６の表面粗さが、１０ｎｍ以下であることが望ましい。このために、Ｐｔ膜３４とＰｔ膜２６の表面を平滑化する処理を行ってもよい。また、ＡｌＮ圧電体フィルム２７の貼り付け面とＰｔ膜３４とが貼り付けされたときの界面が１０ｎｍ以下となる。さらに、Ｐｔ膜３４の表面の面積は、ＡｌＮ圧電体フィルム２７の貼り付け面の面積よりも大きいことが望ましい。そのような構造のため、ＡｌＮ圧電体フィルム２７をＰｔ膜３４に貼り付ける際の貼り付け精度の誤差の許容範囲を大きくすることができる。
【0020】
《１－２》製造方法
圧電体フィルム接合基板１００の製造に際しては、成長基板２１上に形成され、ＡｌＮ膜２５とその上に設けられたＰｔ膜２６とを有するＡｌＮ圧電体フィルム２７と、成長基板１１上に形成され、ＰＺＴ膜１５とその上に設けられたＰｔ膜１６とを有するＰＺＴ圧電体フィルム１７と、を成長基板２１及び１１からそれぞれ剥離し、成長基板２１及び１１のいずれとも異なるＳＯＩ基板３３上に形成された電極であるＰｔ膜３４上に、ＡｌＮ圧電体フィルム２７を貼り付け、ＡｌＮ圧電体フィルム２７上にＰＺＴ圧電体フィルム１７を貼り付ける。
圧電体フィルム接合基板１００の製造に際しては、成長基板２１上に形成され、ＡｌＮ膜２５とその上に設けられたＰｔ膜２６とを有するＡｌＮ圧電体フィルム２７と、成長基板１１上に形成され、ＰＺＴ膜１５とその上に設けられたＰｔ膜１６とを有するＰＺＴ圧電体フィルム１７と、を成長基板２１及び１１からそれぞれ剥離し、成長基板２１及び１１のいずれとも異なるＳＯＩ基板３３上に形成された電極であるＰｔ膜３４上に、ＡｌＮ圧電体フィルム２７を貼り付け、ＡｌＮ圧電体フィルム２７上にＰＺＴ圧電体フィルム１７を貼り付ける。
【0021】
図４は、圧電体フィルム接合基板１００の製造方法を示すフローチャートである。図５（Ａ）及び（Ｂ）は、図４のステップＳＴ１０１におけるＰＺＴエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。図５（Ｃ）及び（Ｄ）は、図４のステップＳＴ１０２におけるＰＺＴエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、図４のステップＳＴ１０４におけるＡｌＮエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。図６（Ｃ）及び（Ｄ）は、図４のステップＳＴ１０５におけるＡｌＮエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図４のステップＳＴ１０３における複数のＰＺＴ圧電体フィルム１７の保持プロセスを概略的に示す断面図である。図８（Ａ）及び（Ｂ）は、図４のステップＳＴ１０６における複数のＡｌＮ圧電体フィルム２７の保持プロセスを概略的に示す断面図である。図９（Ａ）は、図４のステップＳＴ１０７におけるＡｌＮ圧電体フィルム２７の貼り付けプロセスを概略的に示す断面図であり、図９（Ｂ）は、ＡｌＮ圧電体フィルム２７が貼り付けられた状態を示す上面図である。図１０（Ａ）は、図４のステップＳＴ１０８におけるＰＺＴ圧電体フィルム１７の貼り付けプロセスを概略的に示す断面図であり、図１０（Ｂ）は、ＰＺＴ圧電体フィルム１７が貼り付けられた状態を示す上面図である。図１１（Ａ）は、次の圧電体フィルム接合基板の製造プロセスを示す断面図であり、図１１（Ｂ）は、ＰＺＴ圧電体フィルム１７が貼り付けられた状態を示す上面図である。
【0022】
先ず、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、成長基板上に、犠牲層１４、ＰＺＴ膜１５、Ｐｔ膜１６をエピタキシャル成長させ（ステップＳＴ１０１）、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、ＰＺＴ膜１５及びＰｔ膜１６の形状をエッチングにより円形状にして、複数のＰＺＴ圧電体フィルム１７を形成する（ステップＳＴ１０２）。
【0023】
また、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、他の成長基板上に、犠牲層２４、ＡｌＮ膜２５、Ｐｔ膜２６をエピタキシャル成長させ（ステップＳＴ１０４）、図６（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、ＡｌＮ膜２５及びＰｔ膜２６の形状をエッチングにより円形状にして、複数のＡｌＮ圧電体フィルム２７を形成する（ステップＳＴ１０５）。
【0024】
次に、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６からなる個片である複数（図示の例では、４個）のＰＺＴ圧電体フィルム１７を保持部材としてのスタンプ４２で保持し、犠牲層のエッチングにより剥離する（ステップＳＴ１０３）。また、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６からなる個片である複数（図示の例では、４個）のＡｌＮ圧電体フィルム２７を保持部材としてのスタンプ４１で保持し、犠牲層のエッチングにより剥離する（ステップＳＴ１０６）。
【0025】
次に、図９（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、スタンプ４１で保持された複数のＡｌＮ圧電体フィルム２７のうちの１つを、Ｐｔ膜３４上に貼り付ける（ステップＳＴ１０７）。
【0026】
次に、図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、スタンプ４２で保持された複数のＰＺＴ圧電体フィルム１７の１つを、Ｐｔ膜３４上に貼り付けられたＡｌＮ圧電体フィルム２７のＰｔ膜２６上に貼り付ける（ステップＳＴ１０８）。また、貼り付け後に、アニール処理を施し、Ｐｔと圧電膜との貼り付けを強固なものにするプロセスを追加してもよい。
【0027】
図９（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、実施の形態１においては、ＳＯＩ基板３３上にコンタクト電極及び配線パターンをＰｔで形成し、ＡｌＮ圧電体フィルム２７を貼り付けた後、その上部電極膜であるＰｔ膜２６にＰＺＴ圧電体フィルム１７を重ねて貼り付ける。スタンプ４１に保持されるＡｌＮ圧電体フィルム２７が２ｘ２マトリクスの場合は、図中の＃１，＃２，＃３，＃４の順で異なるＳＯＩ基板３３上に順に貼り付ける。この場合、径が大きいＡｌＮ圧電体フィルム２７から先に貼り付ける。この例では、４個の圧電体フィルムに対してはＳＯＩ基板３３が４枚用意される。図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ＰＺＴ圧電体フィルム１７がＡｌＮ圧電体フィルム２７の上に貼り付けられる。＃１，＃２，＃３，＃４の順で順次貼り付けているので、図１１（Ａ）に示されるように、ＡｌＮ圧電体フィルム２７の上にＰＺＴ圧電体フィルム１７を貼るので保持部材であるスタンプ４２がＡｌＮ圧電体フィルム２７に干渉せずに貼り付けが可能である。
【0028】
次に、ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６上に絶縁膜３５ａと配線膜３６ａとを形成し、ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６上に絶縁膜３５ｂと配線膜３６ｂとを形成する。
【0029】
貼り付けの際に、ＡｌＮの六方晶とＰＺＴの立方晶の位相関係がｃ軸が平行となるように配置することでＰＺＴ膜１５の圧電振動駆動とＡｌＮ膜２５の圧電振動受信の効率が最大化される。
【0030】
《１－３》変形例
図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１の変形例に係る圧電体フィルム接合基板１００ａの構造を概略的に示す側面図及び上面図である。圧電体フィルム接合基板１００ａは、ＡｌＮ圧電体フィルム２７ａ及びＰＺＴ圧電体フィルム１７ａの平面形状が四角形である点が、図１から図３に示される圧電体フィルム接合基板１００と異なる。この点以外に関し、圧電体フィルム接合基板１００ａは圧電体フィルム接合基板１００と同じである。
図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態１の変形例に係る圧電体フィルム接合基板１００ａの構造を概略的に示す側面図及び上面図である。圧電体フィルム接合基板１００ａは、ＡｌＮ圧電体フィルム２７ａ及びＰＺＴ圧電体フィルム１７ａの平面形状が四角形である点が、図１から図３に示される圧電体フィルム接合基板１００と異なる。この点以外に関し、圧電体フィルム接合基板１００ａは圧電体フィルム接合基板１００と同じである。
【0031】
《１－４》効果
以上説明したように、実施の形態１では、格子定数及び結晶構造が異なるという理由で、同一のＳＯＩ基板３３上にエピタキシャル成長させるのが困難なＰＺＴ圧電体フィルム１７とＡｌＮ圧電体フィルム２７を、別個の成長基板上で成膜させ、成長基板から剥離して、共通のＳＯＩ基板３３上に重ねて貼り付けることで、高性能な圧電体フィルム接合基板１００を作成することが可能である。
以上説明したように、実施の形態１では、格子定数及び結晶構造が異なるという理由で、同一のＳＯＩ基板３３上にエピタキシャル成長させるのが困難なＰＺＴ圧電体フィルム１７とＡｌＮ圧電体フィルム２７を、別個の成長基板上で成膜させ、成長基板から剥離して、共通のＳＯＩ基板３３上に重ねて貼り付けることで、高性能な圧電体フィルム接合基板１００を作成することが可能である。
【0032】
また、単結晶のＰＺＴ膜１５は、多結晶ＰＺＴ膜に比べて圧電定数が高いので、振動の振幅を容易に大きくすることができる。また、単結晶のＡｌＮ膜２５は、多結晶ＡｌＮ膜に比べて比誘電率が低いので、振動の受信感度を高くすることができる。ただし、ＰＺＴ膜１５に多結晶ＰＺＴが混在していてもよく、また、ＡｌＮ膜２５に多結晶ＡｌＮが混在していてもよい。つまり、ＰＺＴ膜１５及びＡｌＮ膜２５の単結晶化率は１００％以下であってもよい。
【0033】
また、従来は、異種圧電膜を形成するためには、保護層で一旦片方の圧電膜を覆い、もう片方の圧電膜形成後に保護層を削除するなどの工程が複雑で、かつ各工程での処理で熱を加えることにより圧電膜に残留応力歪が残ってセンサとしての効率悪化を招いた。実施の形態１の製造方法では、残留応力歪が無い状態で圧電体フィルム接合基板及び音響振動センサを構成可能である。
【0034】
《２》実施の形態２
《２－１》圧電体フィルム接合基板２００の構造
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態２に係る圧電体フィルム接合基板２００の構造を概略的に示す側面図及び上面図である。図１３（Ａ）及び（Ｂ）において、図１から図３に示される構成と同一又は対応する構成には、図１から図３に示される符号と同じ符号が付されている。
《２－１》圧電体フィルム接合基板２００の構造
図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、実施の形態２に係る圧電体フィルム接合基板２００の構造を概略的に示す側面図及び上面図である。図１３（Ａ）及び（Ｂ）において、図１から図３に示される構成と同一又は対応する構成には、図１から図３に示される符号と同じ符号が付されている。
【0035】
圧電体フィルム接合基板２００は、Ｐｔ膜１３４に貼り付けられた第１の圧電体フィルムとしてのＡｌＮ圧電体フィルム１２７と、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７上に貼り付けられた第２の圧電体フィルムとしてのＰＺＴ圧電体フィルム１１７とを有している。ＡｌＮ圧電体フィルム１２７は、第１の下部電極膜であるＰｔ膜１２６とその上に形成された第１の圧電膜としてのＡｌＮ膜２５とその上に形成された第１の上部電極膜としてのＰｔ膜２６とを有している。ＰＺＴ圧電体フィルム１１７は、第２の下部電極膜であるＰｔ膜１１６と第１の圧電膜と異なる（例えば、結晶構造が異なる）第２の圧電膜としてのＰＺＴ膜１５とその上に形成された第２の上部電極膜としてのＰｔ膜１６とを有し、Ｐｔ膜１１６がＰｔ膜２６上に貼り付けられている。また、ＰＺＴ圧電体フィルム１１７の面積とＡｌＮ圧電体フィルム１２７の面積とは互いに異なる。実施の形態１では、ＰＺＴ圧電体フィルム１１７の面積がＡｌＮ圧電体フィルム１２７の面積より小さい。上記以外に関し、圧電体フィルム接合基板２００の構造は、圧電体フィルム接合基板１００のものと同じである。ここで、基板電極をＰｔ（白金）で形成したが、特にＰｔに限定する必要はない。例えば、基板電極を金やアルミ、銅などの種々の金属で形成してもよい。
【0036】
《２－２》製造方法
図１４は、ＰＺＴ圧電体フィルム１１７を含むエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す断面図である。図１５は、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７を含むエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す断面図である。圧電体フィルム接合基板２００の製造に際しては、成長基板２１上に形成され、Ｐｔ膜１２６とＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とを有する第１の圧電体フィルムとしてのＡｌＮ圧電体フィルム１２７と、成長基板１１上に形成され、Ｐｔ膜１１６とＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とを有するＰＺＴ圧電体フィルム１１７と、を成長基板２１及び１１からそれぞれ剥離し、成長基板２１及び１１のいずれとも異なるＳＯＩ基板３３上に形成されたＰｔ膜１３４上に、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７を貼り付け、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７上にＰＺＴ圧電体フィルム１１７を貼り付ける。
図１４は、ＰＺＴ圧電体フィルム１１７を含むエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す断面図である。図１５は、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７を含むエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す断面図である。圧電体フィルム接合基板２００の製造に際しては、成長基板２１上に形成され、Ｐｔ膜１２６とＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とを有する第１の圧電体フィルムとしてのＡｌＮ圧電体フィルム１２７と、成長基板１１上に形成され、Ｐｔ膜１１６とＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とを有するＰＺＴ圧電体フィルム１１７と、を成長基板２１及び１１からそれぞれ剥離し、成長基板２１及び１１のいずれとも異なるＳＯＩ基板３３上に形成されたＰｔ膜１３４上に、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７を貼り付け、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７上にＰＺＴ圧電体フィルム１１７を貼り付ける。
【0037】
図１６は、圧電体フィルム接合基板２００の製造方法を示すフローチャートである。図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、図１６のステップＳＴ２０１におけるＰＺＴエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。図１７（Ｃ）及び（Ｄ）は、図１６のステップＳＴ２０２におけるＰＺＴエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。図１８（Ａ）及び（Ｂ）は、図１６のステップＳＴ２０４におけるＡｌＮエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。図１８（Ｃ）及び（Ｄ）は、図１６のステップＳＴ１０５におけるＡｌＮエピタキシャル成長膜の構造を概略的に示す上面図及び断面図である。図１９（Ａ）及び（Ｂ）は、図１６のステップＳＴ２０３における複数のＰＺＴ圧電体フィルム１１７の保持プロセスを概略的に示す断面図である。図２０（Ａ）及び（Ｂ）は、図１６のステップＳＴ２０６における複数のＡｌＮ圧電体フィルム１２７の保持プロセスを概略的に示す断面図である。図１４（Ａ）は、図１６のステップＳＴ２０７におけるＡｌＮ圧電体フィルム１２７の貼り付けプロセスを概略的に示す断面図であり、図２１（Ｂ）は、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７が貼り付けられた状態を示す上面図である。図２２（Ａ）は、図１６のステップＳＴ２０８におけるＰＺＴ圧電体フィルム１１７の貼り付けプロセスを概略的に示す断面図であり、図２２（Ｂ）は、ＰＺＴ圧電体フィルム１１７が貼り付けられた状態を示す上面図である。
【0038】
先ず、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、成長基板上に、犠牲層１４、Ｐｔ膜１３、ＰＺＴ膜１５、Ｐｔ膜１６をエピタキシャル成長させ（ステップＳＴ２０１）、図１７（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、Ｐｔ膜１３、ＰＺＴ膜１５及びＰｔ膜１６の形状をエッチングにより円形状にして、複数のＰＺＴ圧電体フィルム１１７を形成する（ステップＳＴ２０２）。
【0039】
また、図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、他の成長基板上に、犠牲層２４、Ｐｔ膜２３、ＡｌＮ膜２５、Ｐｔ膜２６をエピタキシャル成長させ（ステップＳＴ２０４）、図１８（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるように、Ｐｔ膜２３、ＡｌＮ膜２５及びＰｔ膜２６の形状をエッチングにより円形状にして、複数のＡｌＮ圧電体フィルム１２７を形成する（ステップＳＴ２０５）。
【0040】
次に、図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、Ｐｔ膜１３とＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とからなる個片である複数（図示の例では、４個）のＰＺＴ圧電体フィルム１１７を保持部材としてのスタンプ４２で保持し、犠牲層のエッチングにより剥離する（ステップＳＴ２０３）。また、図２０（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、Ｐｔ膜２３とＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とからなる個片である複数（図示の例では、４個）のＡｌＮ圧電体フィルム１２７を保持部材としてのスタンプ４１で保持し、犠牲層のエッチングにより剥離する（ステップＳＴ２０６）。
【0041】
次に、図２１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、スタンプ４１で保持された複数のＡｌＮ圧電体フィルム１２７のうちの１つを、Ｐｔ膜１３４上に貼り付ける（ステップＳＴ２０７）。実施の形態２では、Ｐｔ膜１３４がガラスポリイミド積層基板１３３に形成されている例を示している。ガラスポリイミド積層基板１３３は、ガラス部１３１と、その上に積層されたポリイミド部１３２とから構成され、Ｐｔ膜１３４は、ポリイミド部１３２に形成されている。
【0042】
次に、図２２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、スタンプ４２で保持された複数のＰＺＴ圧電体フィルム１１７の１つを、Ｐｔ膜１３４上に貼り付けられたＡｌＮ圧電体フィルム１２７のＰｔ膜２６上に貼り付ける（ステップＳＴ２０８）。実施の形態１では、貼り付け後に、アニール処理を施し、Ｐｔと圧電膜との貼り付けを強固なものにするプロセスを追加することが望ましいが、実施の形態２では、圧電体フィルムが上部電極であるＰｔ膜１６、２６と下部電極であるＰｔ膜１３、２３とを有する構造であることで、アニール処理を行う必要性はない。
【0043】
図２１（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、実施の形態２においては、ガラスポリイミド積層基板１３３上にコンタクト電極及び配線パターンをＰｔで形成し、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７を貼り付けた後、その上部電極膜であるＰｔ膜２６にＰＺＴ圧電体フィルム１１７を重ねて貼り付ける。スタンプ４１に保持されるＡｌＮ圧電体フィルム１２７が２ｘ２マトリクスの場合は、図中の＃１，＃２，＃３，＃４の順で異なるガラスポリイミド積層基板１３３上に順に貼り付ける。この場合、径が大きいＡｌＮ圧電体フィルム１２７から先に貼り付ける。この例では、４個の圧電体フィルムに対してはガラスポリイミド積層基板１３３が４枚用意される。図２２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ＰＺＴ圧電体フィルム１１７がＡｌＮ圧電体フィルム１２７の上に貼り付けられる。＃１，＃２，＃３，＃４の順で順次貼り付けているので、図２３（Ａ）に示されるように、ＡｌＮ圧電体フィルム１２７の上にＰＺＴ圧電体フィルム１１７を貼るので保持部材であるスタンプ４２がＡｌＮ圧電体フィルム１２７に干渉せずに貼り付けが可能である。
【0044】
次に、ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６上に絶縁膜３５ａと配線膜３６ａとを形成し、ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６上に絶縁膜３５ｂと配線膜３６ｂとを形成する。
【0045】
《２－３》効果
以上説明したように、実施の形態２では、同一のガラスポリイミド積層基板１３３上にエピタキシャル成長させるのが困難なＰＺＴ圧電体フィルム１１７とＡｌＮ圧電体フィルム１２７を、別個の成長基板上でエピタキシャル成長させ、成長基板から剥離して、共通のガラスポリイミド積層基板１３３上に重ねて貼り付けることで、高性能な圧電体フィルム接合基板２００を作成することが可能である。
以上説明したように、実施の形態２では、同一のガラスポリイミド積層基板１３３上にエピタキシャル成長させるのが困難なＰＺＴ圧電体フィルム１１７とＡｌＮ圧電体フィルム１２７を、別個の成長基板上でエピタキシャル成長させ、成長基板から剥離して、共通のガラスポリイミド積層基板１３３上に重ねて貼り付けることで、高性能な圧電体フィルム接合基板２００を作成することが可能である。
【0046】
また、実施の形態２の製造方法によれば、特性の安定化のためのアニール処理が不要であるため、非耐熱性の基板上に複数の結晶構造の異なる圧電体フィルムを設けることができる。
【0047】
なお、上記以外に関し、実施の形態２は、実施の形態１と同じである。
【符号の説明】
【0048】
１００、１００ａ、２００ 圧電体フィルム接合基板、 １１、２１ 成長基板（単結晶Ｓｉ基板）、 １５ ＰＺＴ膜（第２の圧電膜）、 １６ Ｐｔ膜（第２の上部電極膜）、 １３ Ｐｔ膜（第２の下部電極膜）、 １４、２４ 犠牲層、 １７、１１７ ＰＺＴ圧電体フィルム（第２の圧電体フィルム）、 ２３ Ｐｔ膜（第１の下部電極膜）、 ２５ ＡｌＮ膜（第１の圧電膜）、 ２６ Ｐｔ膜（第１の上部電極膜）、 ２７、１２７ ＡｌＮ圧電体フィルム（第１の圧電体フィルム）、 ３１ ＳｉＯ２部、 ３２ 単結晶Ｓｉ部、 ３３ ＳＯＩ基板（基板）、 ３４、１３４ Ｐｔ膜（基板電極）、 １１６ Ｐｔ膜、 １２６ Ｐｔ膜、 １３３ ガラスポリイミド積層基板。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】