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特開2023-147983圧電膜集積デバイス、その製造方法、及び音響振動センサ
(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】P2023147983
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】圧電膜集積デバイス、その製造方法、及び音響振動センサ
(51)【国際特許分類】
H10N 30/80 20230101AFI20231005BHJP
H04R 17/00 20060101ALI20231005BHJP
H04R 17/02 20060101ALI20231005BHJP
H04R 31/00 20060101ALI20231005BHJP
H10N 30/30 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/076 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/079 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/06 20230101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
H01L41/04
H04R17/00
H04R17/02
H04R31/00 Z
H04R17/00 332B
H01L41/113
H01L41/187
H01L41/316
H01L41/319
H01L41/29
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022055799
(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
(71)【出願人】
【識別番号】522127678
【氏名又は名称】Ｉ－ＰＥＸ Ｐｉｅｚｏ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ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
(72)【発明者】
【氏名】小▲西▼ 晃雄
(72)【発明者】
【氏名】金森 広晃
(72)【発明者】
【氏名】飯塚 猛
【テーマコード（参考）】
5D004
5D019
【Ｆターム（参考）】
5D004AA01
5D004BB01
5D004DD01
5D004DD02
5D004EE00
5D004GG00
5D019AA21
5D019BB02
5D019BB17
5D019FF01
5D019HH01
(57)【要約】
【課題】同一基板上に２種類以上の単結晶圧電膜を設けることで圧電膜集積デバイスの性能を向上させる。
【解決手段】圧電膜集積デバイスは、基板（３３）と、基板（３３）上に設けられた第１の電極（３４ａ）と、基板（３３）上に設けられた第２の電極（３４ｂ）と、第１の電極（３４ａ）上に設けられた第１の単結晶圧電膜（１５）としての単結晶ＰＺＴ膜と、第２の電極（３４ｂ）上に設けられ、第１の単結晶圧電膜（１５）の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜（２５）としての単結晶ＡｌＮ膜と、第１の単結晶圧電膜（１５）上に設けられた第３の電極（１６）と、第２の単結晶圧電膜（２５）上に設けられた第４の電極（２６）とを有する。
【選択図】図１
【解決手段】圧電膜集積デバイスは、基板（３３）と、基板（３３）上に設けられた第１の電極（３４ａ）と、基板（３３）上に設けられた第２の電極（３４ｂ）と、第１の電極（３４ａ）上に設けられた第１の単結晶圧電膜（１５）としての単結晶ＰＺＴ膜と、第２の電極（３４ｂ）上に設けられ、第１の単結晶圧電膜（１５）の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜（２５）としての単結晶ＡｌＮ膜と、第１の単結晶圧電膜（１５）上に設けられた第３の電極（１６）と、第２の単結晶圧電膜（２５）上に設けられた第４の電極（２６）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第１の電極と、
前記基板上に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた第１の単結晶圧電膜と、
前記第２の電極上に設けられ、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜と、
前記第１の単結晶圧電膜上に設けられた第３の電極と、
前記第２の単結晶圧電膜上に設けられた第４の電極と、
を有することを特徴とする圧電膜集積デバイス。
前記基板上に設けられた第１の電極と、
前記基板上に設けられた第２の電極と、
前記第１の電極上に設けられた第１の単結晶圧電膜と、
前記第２の電極上に設けられ、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜と、
前記第１の単結晶圧電膜上に設けられた第３の電極と、
前記第２の単結晶圧電膜上に設けられた第４の電極と、
を有することを特徴とする圧電膜集積デバイス。
【請求項2】
前記基板は、前記第１の単結晶圧電膜及び前記第２の単結晶圧電膜の下部領域に設けられた振動板を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電膜集積デバイス。
ことを特徴とする請求項１に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項3】
前記基板は、Ｓｉ基板とＳｉＯ２部と単結晶Ｓｉ部とを有するＳＯＩ基板であり、
前記振動板は、前記ＳｉＯ２部と前記単結晶Ｓｉ部とを有する、
ことを特徴とする請求項２に記載の圧電膜集積デバイス。
前記振動板は、前記ＳｉＯ２部と前記単結晶Ｓｉ部とを有する、
ことを特徴とする請求項２に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項4】
前記第１の単結晶圧電膜は、単結晶ＰＺＴ膜、又は単結晶ＫＮＮ膜、又は単結晶チタン酸バリウム膜であり、
前記第２の単結晶圧電膜は、単結晶ＡｌＮ膜、又は単結晶タンタル酸リチウム膜、又は単結晶ニオブ酸リチウム膜である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
前記第２の単結晶圧電膜は、単結晶ＡｌＮ膜、又は単結晶タンタル酸リチウム膜、又は単結晶ニオブ酸リチウム膜である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項5】
前記第１の単結晶圧電膜は、前記第１の電極の表面に平行な結晶面である（００１）面を持つエピタキシャル成長膜であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項6】
前記第１の単結晶圧電膜は、前記第１の電極の表面に平行な結晶面である（００１）面を持ち、前記第１の電極の表面に貼り付けられているエピタキシャル成長膜である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項7】
前記第１の電極上に形成されているＳＲＯ膜を更に有し、
前記第１の単結晶圧電膜は、前記ＳＲＯ膜の表面に平行な結晶面である（００１）面を持ち、前記ＳＲＯ膜の表面上に形成されているエピタキシャル成長膜である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
前記第１の単結晶圧電膜は、前記ＳＲＯ膜の表面に平行な結晶面である（００１）面を持ち、前記ＳＲＯ膜の表面上に形成されているエピタキシャル成長膜である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項8】
前記第２の単結晶圧電膜は、前記第２の電極の表面に平行な結晶面である（０００１）面を持つエピタキシャル成長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項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項9】
前記第２の単結晶圧電膜は、前記第２の電極の表面に平行な結晶面である（０００１）面を持ち、前記第２の電極の表面に貼り付けられているエピタキシャル成長膜である
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項10】
前記第２の電極上に形成されているＳＲＯ膜を更に有し、
前記第２の単結晶圧電膜は、前記ＳＲＯ膜の表面に平行な結晶面である（０００１）面を持ち、前記ＳＲＯ膜の表面上に形成されているエピタキシャル成長膜である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
前記第２の単結晶圧電膜は、前記ＳＲＯ膜の表面に平行な結晶面である（０００１）面を持ち、前記ＳＲＯ膜の表面上に形成されているエピタキシャル成長膜である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項11】
前記第１の単結晶圧電膜の結晶ｃ軸方向と前記第２の単結晶圧電膜の結晶ｃ軸方向とは平行関係にある
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項12】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の前記圧電膜集積デバイスを有し、
前記第１の単結晶圧電膜は、音波及び超音波の少なくとも一方からなる音響振動波を出力し、
前記第２の単結晶圧電膜は、前記音響振動波の反射波を検出する
ことを特徴とする音響振動センサ。
前記第１の単結晶圧電膜は、音波及び超音波の少なくとも一方からなる音響振動波を出力し、
前記第２の単結晶圧電膜は、前記音響振動波の反射波を検出する
ことを特徴とする音響振動センサ。
【請求項13】
成長基板の第１の結晶面上に、第１の単結晶圧電膜を含む第１のエピタキシャル成長膜を成長させ、
他の成長基板の第２の結晶面上に、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜を含む第２のエピタキシャル成長膜を成長させ、
電極を有する基板上に前記成長基板から剥がされた前記第１のエピタキシャル成長膜を貼り付け、前記基板上に前記他の成長基板から剥がされた前記第２のエピタキシャル成長膜を貼り付ける
ことを特徴とする圧電膜集積デバイスの製造方法。
他の成長基板の第２の結晶面上に、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜を含む第２のエピタキシャル成長膜を成長させ、
電極を有する基板上に前記成長基板から剥がされた前記第１のエピタキシャル成長膜を貼り付け、前記基板上に前記他の成長基板から剥がされた前記第２のエピタキシャル成長膜を貼り付ける
ことを特徴とする圧電膜集積デバイスの製造方法。
【請求項14】
電極を有する基板の第１の結晶面上に、第１の単結晶圧電膜を含む第１のエピタキシャル成長膜を成長させ、
成長基板の第２の結晶面上に、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜を含む第２のエピタキシャル成長膜を成長させ、
前記基板の前記電極上に前記成長基板から剥がされた前記第２のエピタキシャル成長膜を貼り付ける
ことを特徴とする圧電膜集積デバイスの製造方法。
成長基板の第２の結晶面上に、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜を含む第２のエピタキシャル成長膜を成長させ、
前記基板の前記電極上に前記成長基板から剥がされた前記第２のエピタキシャル成長膜を貼り付ける
ことを特徴とする圧電膜集積デバイスの製造方法。
【請求項15】
成長基板の第１の結晶面上に、前記第１の単結晶圧電膜を含む第１のエピタキシャル成長膜を成長させ、
電極を有する基板の第２の結晶面上に、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜を含む第２のエピタキシャル成長膜を成長させ、
前記基板の前記電極上に前記成長基板から剥がされた前記第１のエピタキシャル成長膜を貼り付ける
ことを特徴とする圧電膜集積デバイスの製造方法。
電極を有する基板の第２の結晶面上に、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜を含む第２のエピタキシャル成長膜を成長させ、
前記基板の前記電極上に前記成長基板から剥がされた前記第１のエピタキシャル成長膜を貼り付ける
ことを特徴とする圧電膜集積デバイスの製造方法。
【請求項16】
前記第１の単結晶圧電膜の結晶ｃ軸方向と前記第２の単結晶圧電膜の結晶ｃ軸方向とは平行関係にある
ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイスの製造方法。
ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、圧電膜集積デバイス、その製造方法、及び音響振動センサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、異なる種類の多結晶圧電膜を同一基板上に形成し、超音波センサを構成するものが開示されている（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２０２１－１６６２２０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、同一基板上に複数の多結晶圧電膜を配置した場合には、高性能な圧電膜集積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種類以上の単結晶圧電膜を設けた高性能な圧電膜集積デバイス及びその製造方法、並びに、圧電膜集積デバイスを有する音響振動センサ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】
本開示の圧電膜集積デバイスは、基板と、前記基板上に設けられた第１の電極と、前記基板上に設けられた第２の電極と、前記第１の電極上に設けられた第１の単結晶圧電膜と、前記第２の電極上に設けられ、前記第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜と、前記第１の単結晶圧電膜上に設けられた第３の電極と、前記第２の単結晶圧電膜上に設けられた第４の電極と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、同一基板上に２種類以上の単結晶圧電膜を設けることで圧電膜集積デバイス及び音響振動センサの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る圧電膜集積デバイスの構造を概略的に示す側面図である。
【図5】単結晶圧電膜である単結晶ＰＺＴ膜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8】単結晶圧電膜である単結晶ＡｌＮ膜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23】第１の単結晶圧電膜である単結晶ＰＺＴ膜の結晶ｃ軸と第２の単結晶圧電膜である単結晶ＡｌＮ膜の結晶ｃ軸を示す図である。
【図24】実施の形態１に係る半導体集積デバイスを用いた音響振動センサの構成を概略的に示す図である。
【図25】音響振動センサの動作原理を示す図である。
【図26】実施の形態１の変形例に係る圧電膜集積デバイスの構造を概略的に示す側面図である。
【図30】実施の形態２に係る圧電膜集積デバイスの構造を概略的に示す側面図である。
【図38】実施の形態３に係る圧電膜集積デバイスの構造を概略的に示す側面図である。
【図46】単結晶ＰＺＴ膜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47】単結晶ＡｌＮ膜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48】実施の形態１の変形例１に係る圧電膜集積デバイスの構造を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、実施の形態に係る圧電膜集積デバイス、その製造方法、及び音響振動センサを、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、圧電膜集積デバイスは、同じ基板上に２個以上の単結晶圧電膜を設けたデバイスである。また、本出願において、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。
【0010】
《１》実施の形態１
《１－１》圧電膜集積デバイス１００の構造
図１は、実施の形態１に係る圧電膜集積デバイス１００の構造を概略的に示す側面図である。図２は、圧電膜集積デバイス１００の構造を概略的に示す上面図である。図３は、図２の圧電膜集積デバイス１００をＳ３－Ｓ３線で切る断面図である。図４は、圧電膜集積デバイス１００の構造を概略的に示す下面図である。
《１－１》圧電膜集積デバイス１００の構造
図１は、実施の形態１に係る圧電膜集積デバイス１００の構造を概略的に示す側面図である。図２は、圧電膜集積デバイス１００の構造を概略的に示す上面図である。図３は、図２の圧電膜集積デバイス１００をＳ３－Ｓ３線で切る断面図である。図４は、圧電膜集積デバイス１００の構造を概略的に示す下面図である。
【0011】
圧電膜集積デバイス１００は、基板としてのＳＯＩ基板３３と、ＳＯＩ基板３３上に設けられた第１の電極としての白金（Ｐｔ）膜３４ａと、ＳＯＩ基板３３上に設けられた第２の電極としてのＰｔ膜３４ｂとを有している。図２に示されるように、Ｐｔ膜３４ａ及び３４ｂは、ＳＯＩ基板３３に形成された配線層を通してコネクタ４０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、圧電膜集積デバイス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。
【0012】
圧電膜集積デバイス１００は、Ｐｔ膜３４ａ上に設けられた第１の単結晶圧電膜としての単結晶ＰＺＴ膜１５と、Ｐｔ膜３４ｂ上に設けられ、第１の単結晶圧電膜の結晶構造と異なる結晶構造を持つ第２の単結晶圧電膜としての単結晶ＡｌＮ膜２５とを有している。ＰＺＴは、チタン酸ジルコン酸鉛である。ＡｌＮは、窒化アルミニウムである。第１の単結晶圧電膜としては、単結晶ＰＺＴ膜１５の代わりに、単結晶ニオブ酸カリウムナトリウム（単結晶ＫＮＮ）膜又は単結晶チタン酸バリウム（単結晶ＢａＴｉＯ３）膜などのような他の単結晶材料からなる圧電膜を用いてもよい。第２の単結晶圧電膜としては、単結晶ＡｌＮ膜２５の代わりに、単結晶タンタル酸リチウム（単結晶ＬｉＴａＯ３）膜又は単結晶ニオブ酸リチウム（単結晶ＬｉＮｂＯ３）膜などのような他の単結晶材料の圧電膜を用いてもよい。第１の単結晶圧電膜は、音響振動波を発生させる圧電体であり、第２の単結晶圧電膜の振動振幅より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。第２の単結晶圧電膜は、音響振動波（又はその反射波）を検出する圧電体であり、第１の単結晶圧電膜の検出感度より高い検出感度の圧電体であることが望ましい。
【0013】
また、圧電膜集積デバイス１００は、単結晶ＰＺＴ膜１５上に設けられた第３の電極としてのＰｔ膜１６と、単結晶ＡｌＮ膜２５上に設けられた第４の電極としてのＰｔ膜２６とを有している。さらに、圧電膜集積デバイス１００は、絶縁膜３５ａ及び３５ｂと、その上に形成された配線膜３６ａ及び３６ｂを有している。
【0014】
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。ＳｉＯ２部３１及び単結晶シリコン（単結晶Ｓｉ）部３２の単結晶ＰＺＴ膜１５及び単結晶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７１及び穴７２が形成され、穴７１、７２（キャビティ）が形成された領域に位置するＳｉＯ２部３１及び単結晶シリコン（単結晶Ｓｉ）部３２が振動板としての機能を持つ。また、Ｓｉ基板３０と異なる材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２）部３１を形成し、エッチングストップ層としての機能を持たせることで、エッチングの影響による振動板の厚みのばらつきを防止することができる。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。ＳＯＩ基板３３のＳｉ基板３０には、ＳｉＯ２部３１を露出させる穴７１及び７２が形成されている。穴７１及び７２は、単結晶ＰＺＴ膜１５及び単結晶ＡｌＮ膜２５の形状にそれぞれ対応する開口形状である円形に形成されている。単結晶ＰＺＴ膜１５で発生した音響振動波は、穴７１から出力され、単結晶ＡｌＮ膜２５は穴７２を通して音響振動波の反射波を検出する。
【0015】
単結晶ＰＺＴ膜１５は、Ｐｔ膜３４ａの表面に平行な結晶面である（００１）面を持ち、Ｐｔ膜３４ａの表面に貼り付けられているエピタキシャル成長膜である。単結晶ＡｌＮ膜２５は、Ｐｔ膜３４ｂの表面に平行な結晶面である（０００１）面を持ち、Ｐｔ膜３４ｂの表面に貼り付けられているエピタキシャル成長膜である。単結晶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、単結晶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３４ａとＰｔ膜３４ｂとは、同じＳＯＩ基板３３の上面に形成されている。Ｐｔ膜３４ａの表面とＰｔ膜３４ｂの表面とは、互いに平行関係にある。Ｐｔ膜３４ａの表面（上面）と単結晶ＰＺＴ膜１５の結晶面である（００１）面とは、分子間力によって接合されている。Ｐｔ膜３４ｂの表面（上面）と単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶面である（０００１）面とは、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、Ｐｔ膜３４ａとＰｔ膜３４ｂ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３４ａとＰｔ膜３４ｂの表面を平滑化する処理を行ってもよい。
【0016】
また、単結晶ＰＺＴ膜１５の結晶ｃ軸方向と単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶ｃ軸方向とは平行関係にある。これに関しては、図２３を用いて後述される。
【0017】
《１－２》単結晶ＰＺＴ膜の構造
図５は、単結晶ＰＺＴ膜１５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６は、図５の単結晶ＰＺＴ膜１５の結晶構造を示す図である。図７は、図５のエピタキシャル成長膜の結晶構造を概略的に示す図である。なお、図７において、縦方向の寸法は横方向の寸法より大きく縮小されている。
図５は、単結晶ＰＺＴ膜１５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６は、図５の単結晶ＰＺＴ膜１５の結晶構造を示す図である。図７は、図５のエピタキシャル成長膜の結晶構造を概略的に示す図である。なお、図７において、縦方向の寸法は横方向の寸法より大きく縮小されている。
【0018】
図５のエピタキシャル成長膜は、単結晶Ｓｉ基板である成長基板１１上に形成される。図５のエピタキシャル成長膜は、単結晶の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜１２、単結晶のＰｔ膜１３、単結晶のＳＲＯ膜１４、単結晶ＰＺＴ膜１５、及び単結晶のＰｔ膜１６を、この順に積層させた構造を持つ。成長基板１１は、その上面が（１００）面である基板の一例である。ＺｒＯ２膜１２は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、上面が（１００）面である配向膜の一例である。Ｐｔ膜１３は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、上面が（１００）面である導電膜の一例である。ＳＲＯ膜１４は、ＳｒＲｕＯ３膜（ルテニウム酸ストロンチウム膜）であり、配向膜の一例である。単結晶ＰＺＴ膜１５は、振動出力用の単結晶圧電膜の一例である。単結晶ＰＺＴ膜１５が、ペロブスカイト型構造を有する複合酸化物を含む場合に、単結晶ＰＺＴ膜１５を、成長基板１１上で、正方晶表示で（００１）配向させ、エピタキシャル成長させることができる。単結晶ＰＺＴ膜１５上には、さらに、立方晶の結晶構造を有し、且つ、（１００）配向したＰｔ膜１６がエピタキシャル成長される。
【0019】
「ＺｒＯ２膜１２が（１００）配向している」とは、立方晶の結晶構造を有するＺｒＯ２膜１２の（１００）面が、成長基板１１の（１００）面に沿って形成されていること、すなわち、成長基板１１の（１００）面に平行であることを意味する。また、「平行である」とは、成長基板１１の上面とＺｒＯ２膜１２の（１００）面とのなす角度が２０°以下である場合を含む。また、「配向」の意味は、他の膜の間でも同様である。
【0020】
成長基板１１の単結晶Ｓｉの格子定数、ＺｒＯ２膜１２のＺｒＯ２の格子定数、Ｐｔ膜１３のＰｔの格子定数、ＳＲＯ膜１４のＳＲＯの格子定数、及び、単結晶ＰＺＴ膜１５の単結晶ＰＺＴの格子定数を、表１に示す。
【0021】
【表1】
【0022】
Ｓｉの格子定数は、０．５４３ｎｍであり、ＺｒＯ２の格子定数は、０．５１１ｎｍであり、Ｓｉの格子定数に対するＺｒＯ２の格子定数の不整合は、６．１％と小さいため、Ｓｉの格子定数に対するＺｒＯ２の格子定数の整合性がよい。そのため、模式図である図７に示されるように、配向膜であるＺｒＯ２膜１２を、成長基板１１の（１００）面よりなる主面にエピタキシャル成長させることができる。したがって、ＺｒＯ２膜１２を、成長基板１１の（１００）面上に、立方晶の結晶構造で（１００）配向させることができ、ＺｒＯ２膜１２の結晶性を向上させることができる。
【0023】
ＺｒＯ２膜１２は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、（１００）配向した酸化ジルコニウム膜である場合、ＺｒＯ２膜１２は、成長基板１１の主面である上面に沿った＜１００＞方向が、成長基板１１の上面に沿った＜１００＞方向と平行になるように、配向する。
【0024】
なお、ＺｒＯ２膜１２の、成長基板１１の上面に沿った＜１００＞方向が、成長基板１１の上面に沿った＜１００＞方向と平行であるとは、ＺｒＯ２膜１２の＜１００＞方向が基板１１の上面に沿った＜１００＞方向と完全に平行な場合のみならず、酸化ジルコニウム膜１２の＜１００＞方向と成長基板１１の上面に沿った＜１００＞方向とのなす角度が２０°以下であるような場合を含む。また、ＺｒＯ２膜１２のみならず、他の層の膜の面内の配向についても同様である。
【0025】
一方、表１に示されるように、ＺｒＯ２の格子定数は、０．５１１ｎｍであり、Ｐｔの格子定数は、０．３９２ｎｍであるが、Ｐｔが平面内で４５°回転すると、対角線の長さは、０．５５４ｎｍとなり、ＺｒＯ２の格子定数に対する当該対角線の長さの不整合は、８．１％と小さい。このため、Ｐｔ膜１３を、ＺｒＯ２膜１２の（１００）面上にエピタキシャル成長させることができる。
【0026】
また、表１に示されるように、Ｐｔの格子定数は、０．３９２ｎｍであり、ＳＲＯの格子定数は、０．３９０～０．３９３ｎｍであり、Ｐｔの格子定数に対する単結晶ＰＺＴの格子定数の不整合は、０．５％以下と小さい。このため、Ｐｔの格子定数に対するＳＲＯの格子定数の整合性がよく、図７に示されるように、ＳＲＯ膜１４を、Ｐｔ膜１３の（１００）面上にエピタキシャル成長させることができる。したがって、ＳＲＯ膜１４を、Ｐｔ膜１３の（１００）面上に、擬立方晶表示で（１００）配向させることができ、ＳＲＯ膜１４の結晶性を向上させることができる。
【0027】
単結晶ＰＺＴ膜１５が、正方晶の結晶構造を有し、且つ、（００１）配向したＰＺＴ膜を含む場合、チタン酸ジルコン酸鉛膜は、チタン酸ジルコン酸鉛膜の成長基板１１上面に沿う＜１００＞方向が、成長基板１１の上面に沿うの＜１００＞方向と平行になるように、配向する。
【0028】
（００１）配向した単結晶ＰＺＴ膜１５上に、Ｐｔ膜１６を（１００）配向のエピタキシャル成長を行い、電極として成膜する。単結晶ＰＺＴ膜１５上の電極膜は、最上層であるから、他の製造方法で形成してもよい。
【0029】
《１－３》単結晶ＡｌＮ膜の構造
図８は、単結晶圧電膜である単結晶ＡｌＮ膜２５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９（Ａ）は、単結晶のＳＲＯ膜、単結晶のＰｔ膜、及び単結晶のＺｒＯ２膜の結晶の（１１１）面を概略的に示す図であり、図９（Ｂ）は、単結晶ＳＲＯの結晶の格子定数を示す図である。図１０（Ａ）は、単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶構造を概略的に示す図であり、図１０（Ｂ）は、単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶の格子定数を示す図である。
図８は、単結晶圧電膜である単結晶ＡｌＮ膜２５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９（Ａ）は、単結晶のＳＲＯ膜、単結晶のＰｔ膜、及び単結晶のＺｒＯ２膜の結晶の（１１１）面を概略的に示す図であり、図９（Ｂ）は、単結晶ＳＲＯの結晶の格子定数を示す図である。図１０（Ａ）は、単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶構造を概略的に示す図であり、図１０（Ｂ）は、単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶の格子定数を示す図である。
【0030】
図８のエピタキシャル成長膜は、例えば、単結晶Ｓｉ基板である成長基板２１上に形成される。エピタキシャル成長膜は、ＺｒＯ２膜２２、Ｐｔ膜２３、ＳＲＯ膜２４、単結晶ＡｌＮ膜２５、及びＰｔ膜２６を、この順に積層させた構造を持つ。成長基板２１は、その上面が（１１１）面である基板の一例である。ＺｒＯ２膜２２は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、上面は（１１１）面である配向膜の一例である。Ｐｔ膜２３は、立方晶の結晶構造を有し、且つ、上面は（１１１）面である導電膜の一例である。ＳＲＯ膜２４は、ＳｒＲｕＯ３膜である。単結晶ＡｌＮ膜２５は、振動検出用（すなわち、入力用）の単結晶圧電膜の一例である。Ｐｔ膜２６は、上部電極の一例である。図９（Ａ）には、ＳＲＯ立方晶の（１１１）面を上から俯瞰した形状が示されている。また、図１０（Ａ）には、ＡｌＮ六方晶の結晶面である（０００１）面を上から俯瞰した形状が示されている。
【0031】
単結晶ＡｌＮ膜２５が窒化アルミニウムの六方晶で構成される場合、単結晶ＡｌＮ膜２５を成長基板２１上で、六方晶表示で（０００１）配向させ、エピタキシャル成長させることができる。単結晶ＡｌＮ膜２５上には、さらに、立方晶の結晶構造を有し、且つ、（１００）配向したＰｔ膜２６をエピタキシャル成長させることができる。
【0032】
「ＺｒＯ２膜２２が（１１１）配向している」とは、立方晶の結晶構造を有するＺｒＯ２膜２２の（１１１）面が、成長基板２１の（１１１）面に沿っていること、すなわち、成長基板２１の（１１１）面に平行であることを意味する。また、「平行」とは、ＺｒＯ２膜２２の（１１１）面が成長基板２１の主面とのなす角度が２０°以下であるような場合を含む。また、他の層の間の配向についても同様である。
【0033】
Ｓｉの格子定数、ＺｒＯ２の格子定数、Ｐｔの格子定数、ＳＲＯの格子定数、及び単結晶ＡｌＮの格子定数を、表２に示す。
【0034】
【表2】
【0035】
Ｓｉの格子定数は、０．５４３ｎｍであり、ＺｒＯ２の格子定数は、０．５１１ｎｍであり、Ｓｉの格子定数に対するＺｒＯ２の格子定数の不整合は、６．１％と小さいため、Ｓｉの格子定数に対するＺｒＯ２の格子定数の整合性がよい。そのため、ＺｒＯ２膜２２を、成長基板２１の（１１１）面よりなる主面にエピタキシャル成長させることができる。したがって、ＺｒＯ２膜２２を、成長基板２１の（１１１）面上に、立方晶の結晶構造で（１１１）配向させることができ、ＺｒＯ２膜２２の結晶性を向上させることができる。図９（Ａ）に立方晶の（１１１）面を示す。
【0036】
配向膜であるＺｒＯ２膜２２が、立方晶の結晶構造を有し、且つ、（１１１）配向した酸化ジルコニウム膜である場合、ＺｒＯ２膜１２は、成長基板２１の主面である上面に沿う＜１１１＞方向が、成長基板２１の上面に沿う＜１１１＞方向と平行になるように、配向する。
【0037】
なお、ＺｒＯ２膜２２の、成長基板２１の上面に沿う＜１１１＞方向が、成長基板２１の上面に沿う＜１１１＞方向と平行であるとは、ＺｒＯ２膜２２の＜１１１＞方向が成長基板２１の上面に沿う＜１１１＞方向と完全に平行な場合のみならず、ＺｒＯ２膜２２の＜１１１＞方向と成長基板２１の上面に沿う＜１１１＞方向とのなす角度が２０°以下であるような場合を含む。また、他の層の膜の間の配向についても同様である。
【0038】
一方、ＺｒＯ２の格子定数は、０．５１１ｎｍであり、Ｐｔの格子定数は、０．３９２ｎｍであるが、Ｐｔが平面内で４５°回転すると、対角線の長さは、０．５５４ｎｍとなり、ＺｒＯ２の格子定数に対する当該対角線の長さの不整合は、８．１％と小さいため、Ｐｔ膜２３を、ＺｒＯ２膜２２の（１１１）面上にエピタキシャル成長させることができる。
【0039】
また、Ｐｔの格子定数は、０．３９２ｎｍであり、ＳＲＯの格子定数は、０．３９０～０．３９３ｎｍであり、Ｐｔの格子定数に対するＳＲＯの格子定数の整合性がよい。そのため、図９（Ａ）及び（Ｂ）５に示されるように、ＳＲＯ膜２４を、Ｐｔ膜２３の（１１１）面上にエピタキシャル成長させることができる。したがって、ＳＲＯ膜２４を、Ｐｔ膜２３の（１１１）面上に、擬立方晶表示で（１１１）配向させることができ、ＳＲＯ膜２４の結晶性を向上させることができる。ＳＲＯ膜の（１１１）面の対角線の長さは、０．５５２～０．５５６ｎｍであり、図８に示されるように、ＡｌＮ六方晶の幅０．５３９ｎｍに対する不整合は、２．８％と小さく、単結晶ＡｌＮ膜２５をＳＲＯ膜２４（１１１）面上に（０００１）配向でエピタキシャル成長させることができる。
【0040】
単結晶ＡｌＮ膜２５が、六方晶の結晶構造を有し、且つ、（０００１）配向した窒化アルミニウム膜を含む場合、単結晶ＡｌＮ膜２５の成長基板２１上面に沿う＜１１１＞方向が、成長基板２１の上面の＜１１１＞方向と平行になるように、配向する。図１０（Ａ）及び（Ｂ）に、六方晶の（０００１）面を示す。（０００１）配向した単結晶ＡｌＮ膜２５上にさらに、Ｐｔ膜２６を（１１１）配向のエピタキシャル成長を行い電極として成膜する。単結晶ＡｌＮ膜２５上の電極膜は、最上層であるから、他の製法で形成してもよい。
【0041】
《１－４》製造方法
単結晶Ｓｉの上面が（１００）面である成長基板１１に成膜した単結晶ＰＺＴ膜１５と、単結晶Ｓｉの上面が（１１１）面である成長基板２１に成膜した単結晶ＡｌＮ膜２５とを用いて、圧電膜集積デバイス１００を製造する方法を説明する。
単結晶Ｓｉの上面が（１００）面である成長基板１１に成膜した単結晶ＰＺＴ膜１５と、単結晶Ｓｉの上面が（１１１）面である成長基板２１に成膜した単結晶ＡｌＮ膜２５とを用いて、圧電膜集積デバイス１００を製造する方法を説明する。
【0042】
図１１は、圧電膜集積デバイス１００の製造方法を示すフローチャートである。図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１のステップＳＴ１０２を示す。図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１のステップＳＴ１０３を示し、図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１のステップＳＴ１０４を示し、図１５及び図１６は、図１１のステップＳＴ１０５を示す。図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１のステップＳＴ１０６を示し、図１８（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１のステップＳＴ１０７を示し、図１９及び図２０は、図１１のステップＳＴ１０８を示す。図２１は、図１１のステップＳＴ１０９を示し、図２２は、図１１のステップＳＴ１１０を示す。
【0043】
先ず、デバイス基板であるＳＯＩ基板３３に配線層を形成する（ステップＳＴ１０１）。次に、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、ＳＯＩ基板３３の主面に第１の電極としてのＰｔ膜３４ａ及び第２の電極としてのＰｔ膜３４ｂを形成する。
【0044】
また、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第１の成長基板である成長基板１１上に、ＳＲＯ膜１４、単結晶ＰＺＴ膜１５、Ｐｔ膜１６をエピタキシャル成長させ（ステップＳＴ１０３）、図１４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、単結晶ＰＺＴ膜１５の形状をエッチングにより円形状にする（ステップＳＴ１０４）。その後、図１５に示されるように、単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６からなる個片を保持部材としてのスタンプ８０で保持し、図１６に示されるように、犠牲層であるＳＲＯ膜１４をエッチングして、個片を剥がし、デバイス基板であるＳＯＩ基板３３上に移動する（ステップＳＴ１０５）。
【0045】
また、図１７（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、第２の成長基板である成長基板２１上に、ＳＲＯ膜２４、単結晶ＡｌＮ膜２５、Ｐｔ膜２６をエピタキシャル成長させ（ステップＳＴ１０６）、図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、単結晶ＡｌＮ膜２５の形状をエッチングにより円形状にする（ステップＳＴ１０７）。その後、図１９に示されるように、単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６からなる個片を保持部材としてのスタンプ８０で保持し、図２０に示されるように、犠牲層であるＳＲＯ膜２４をエッチングして、個片を剥がし、ＳＯＩ基板３３上に移動する（ステップＳＴ１０８）。
【0046】
次に、図２１に示されるように、第１の電極であるＰｔ膜３４ａ上に単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６からなる個片（第１のエピタキシャル成長膜）を貼り付け、第２の電極であるＰｔ膜３４ｂ上に単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６からなる個片（第２のエピタキシャル成長膜）を貼り付ける（ステップＳＴ１０９）。次に、単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６上に絶縁膜３５ａと配線膜３６ａとを形成し、単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６上に絶縁膜３５ｂと配線膜３６ｂとを形成する。
【0047】
図２３は、第１の単結晶圧電膜である単結晶ＰＺＴ膜１５と第２の単結晶圧電膜である単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶ｃ軸を示す図である。図２３に示されるように、貼り付けの際に、ＡｌＮの六方晶とＰＺＴの立方晶の位相関係が図のようにｃ軸が平行となるように配置することで単結晶ＰＺＴ膜１５の圧電振動駆動と単結晶ＡｌＮ膜２５の圧電振動受信の効率が最大化される。
【0048】
貼り付け後に、ＳＯＩ基板３３上に絶縁膜３５ａ及び３５ｂを形成し、各電極に配線膜３６ａ及び３６ｂを形成して所定の配線パターンに接続する。
【0049】
図２４に示されるように、ＳＯＩ基板３３をＳｉＯ２部３１までエッチングすることで圧電素子の裏側を薄くし、振動板を生成する。振動板の厚みは、ＳＯＩ基板３３の各層厚をコントロールすることで所望の厚さにすることが可能である。
【0050】
《１－５》音響振動センサ
図２４は、実施の形態１に係る半導体集積デバイスを用いた音響振動センサの構成を概略的に示す。図２５は、音響振動センサの動作原理を示す。単結晶ＰＺＴ膜１５の上下電極が駆動受信回路４１に接続され、単結晶ＰＺＴ膜１５の電極に対して可聴域の周波数又は可聴域より高い周波数の交流バイアスを印加することで、単結晶ＰＺＴ膜１５が厚み方向に振動し、ＳｉＯ２部３１も同様に振動する。それに伴い、音響振動波が、放射され、検知対象物９０で跳ね返された反射波が単結晶ＡｌＮ膜２５の貼り付けられたＳＯＩ基板３３の振動板を振動させる。振動により単結晶ＡｌＮ膜２５に励起される電荷を駆動受信回路４１で増幅し、制御回路４２は、反射波を受ける時間差Δｔにより検知対象物９０までの距離を演算する。制御回路４２及び駆動受信回路４１は、電気回路又は情報処理装置によって構成される。
図２４は、実施の形態１に係る半導体集積デバイスを用いた音響振動センサの構成を概略的に示す。図２５は、音響振動センサの動作原理を示す。単結晶ＰＺＴ膜１５の上下電極が駆動受信回路４１に接続され、単結晶ＰＺＴ膜１５の電極に対して可聴域の周波数又は可聴域より高い周波数の交流バイアスを印加することで、単結晶ＰＺＴ膜１５が厚み方向に振動し、ＳｉＯ２部３１も同様に振動する。それに伴い、音響振動波が、放射され、検知対象物９０で跳ね返された反射波が単結晶ＡｌＮ膜２５の貼り付けられたＳＯＩ基板３３の振動板を振動させる。振動により単結晶ＡｌＮ膜２５に励起される電荷を駆動受信回路４１で増幅し、制御回路４２は、反射波を受ける時間差Δｔにより検知対象物９０までの距離を演算する。制御回路４２及び駆動受信回路４１は、電気回路又は情報処理装置によって構成される。
【0051】
《１－６》変形例
図２６は、実施の形態１の変形例に係る圧電膜集積デバイス１００ａの構造を概略的に示す側面図である。図２７は、圧電膜集積デバイス１００ａの構造を概略的に示す上面図である。図２８は、図２７の圧電膜集積デバイス１００ａをＳ２８－Ｓ２８線で切る断面図である。図２９は、圧電膜集積デバイス１００ａの構造を概略的に示す下面図である。ＳＯＩ基板３３をＳｉＯ２部３１までエッチングする際に、穴７３、７４の形状を四角形などの円形以外の形状にしてもよい。穴７３、７４の形状は、圧電素子の平面形状に対応する形状であることが望ましい。
図２６は、実施の形態１の変形例に係る圧電膜集積デバイス１００ａの構造を概略的に示す側面図である。図２７は、圧電膜集積デバイス１００ａの構造を概略的に示す上面図である。図２８は、図２７の圧電膜集積デバイス１００ａをＳ２８－Ｓ２８線で切る断面図である。図２９は、圧電膜集積デバイス１００ａの構造を概略的に示す下面図である。ＳＯＩ基板３３をＳｉＯ２部３１までエッチングする際に、穴７３、７４の形状を四角形などの円形以外の形状にしてもよい。穴７３、７４の形状は、圧電素子の平面形状に対応する形状であることが望ましい。
【0052】
《１－７》効果
以上説明したように、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単結晶ＰＺＴ膜１５と単結晶ＡｌＮ膜２５を、別個の成長基板上で単結晶エピタキシャル成長させ、成長基板から剥離して、共通のＳＯＩ基板３３上に貼り付けることで、高性能な圧電膜集積デバイス１００を作成することが可能である。
以上説明したように、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単結晶ＰＺＴ膜１５と単結晶ＡｌＮ膜２５を、別個の成長基板上で単結晶エピタキシャル成長させ、成長基板から剥離して、共通のＳＯＩ基板３３上に貼り付けることで、高性能な圧電膜集積デバイス１００を作成することが可能である。
【0053】
また、単結晶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。
【0054】
また、単結晶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。
【0055】
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、単結晶圧電膜であるエピタキシャル成長膜の貼り付けを用いているので、残留応力歪が無い状態で圧電膜集積デバイス及び音響振動センサを構成可能である。
【0056】
《２》実施の形態２
《２－１》構造
図３０は、圧電膜集積デバイス２００の構造を概略的に示す側面図である。図３１は、圧電膜集積デバイス２００の構造を概略的に示す上面図である。図３２は、図３１の圧電膜集積デバイス２００をＳ３２－Ｓ３２線で切る断面図である。
《２－１》構造
図３０は、圧電膜集積デバイス２００の構造を概略的に示す側面図である。図３１は、圧電膜集積デバイス２００の構造を概略的に示す上面図である。図３２は、図３１の圧電膜集積デバイス２００をＳ３２－Ｓ３２線で切る断面図である。
【0057】
実施の形態１では、単結晶ＰＺＴ膜１５及び単結晶ＡｌＮ膜２５の両方を、成長基板１１及び２１でそれぞれ成長させ、ＳＯＩ基板３３のＰｔ膜上に貼り付けたが、実施の形態２では、単結晶ＰＺＴ膜１５をＳＯＩ基板５０上でエピタキシャル成長させる。ＳＯＩ基板５０は、上面が（１００）面よりなる。よって、実施の形態１の場合と同様の処理で、単結晶ＰＺＴ膜１５の単結晶をエピタキシャル成長させることが可能である。
【0058】
《２－２》製造方法
図３３は、圧電膜集積デバイス２００の製造方法を示すフローチャートである。図３４は、図３３のステップＳＴ２０１、ＳＴ２０２を示し、図３５は、図３３のステップＳＴ２０３を示す。図３６は、図３３のステップＳＴ２０８を示し、図３７は、図３３のステップＳＴ２０９を示す。
図３３は、圧電膜集積デバイス２００の製造方法を示すフローチャートである。図３４は、図３３のステップＳＴ２０１、ＳＴ２０２を示し、図３５は、図３３のステップＳＴ２０３を示す。図３６は、図３３のステップＳＴ２０８を示し、図３７は、図３３のステップＳＴ２０９を示す。
【0059】
先ず、図３４に示されるように、デバイス基板であるＳＯＩ基板５０の主面にＺｒＯ２膜１２、電極層としてのＰｔ膜１３を形成する（ステップＳＴ２０１）。次に、図３４に示されるように、Ｐｔ膜１３上に、ＳＲＯ膜１４、単結晶ＰＺＴ膜１５、Ｐｔ膜１６をエピタキシャル成長させて、ＳＲＯ膜１４と単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とからなるエピタキシャル成長膜を形成する（ステップＳＴ２０２）。次に、図３５に示されるように、単結晶ＰＺＴ膜１５を含むエピタキシャル成長膜の形状をエッチングにより所望の形状（例えば、円形状）にする（ステップＳＴ２０３）。次に、電極層としてのＰｔ膜１３をエッチングして、第１の電極としてのＰｔ膜３４ａ及び第２の電極としてのＰｔ膜３４ｂを形成する。
【0060】
次に、単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６からなる個片を保持部材としてのスタンプ８０で保持し、図３６に示されるように、犠牲層であるＳＲＯ膜２４をエッチングして、個片を剥がし、デバイス基板であるＳＯＩ基板５０上に移動して、貼り付ける（ステップＳＴ２０５～ＳＴ２０８）。ここでは、実施の形態１で説明した単結晶ＡｌＮ膜２５を別途形成したものを電極上に貼り付ける。貼り付ける際は、単結晶ＰＺＴ膜１５の結晶方位を検査等で確認し、図２３に示されるように、単結晶ＰＺＴ膜１５の結晶方位と単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶方位を揃うようにする。単結晶ＰＺＴ膜１５の方向は、ＳＯＩ基板５０上で固定されるので単結晶ＡｌＮ膜２５の貼り付け角度を調整する。また、図３５で示すエッチング工程の際に結晶方位を確認した後に実施の形態１と同じ方向となるようにマスクして圧電膜を形成してもよい。図３７に示されるように、単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６上に絶縁膜３５ａと配線膜（引出配線）３６ａとを形成し、単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６上に絶縁膜３５ｂと配線膜（引出配線）３６ｂとを形成する。
【0061】
【0062】
《２－３》効果
実施の形態２においては、エピタキシャル成長させた単結晶ＰＺＴ膜１５のあるＳＯＩ基板５０上のＰｔ膜３４ｂ上に単結晶ＡｌＮ膜２５を含むエピタキシャル成長膜を貼り付けることにより、実施の形態１の場合と同様に、単結晶で高性能な圧電膜集積デバイスを得ることが可能となる。
実施の形態２においては、エピタキシャル成長させた単結晶ＰＺＴ膜１５のあるＳＯＩ基板５０上のＰｔ膜３４ｂ上に単結晶ＡｌＮ膜２５を含むエピタキシャル成長膜を貼り付けることにより、実施の形態１の場合と同様に、単結晶で高性能な圧電膜集積デバイスを得ることが可能となる。
【0063】
実施の形態２においては、実施の形態１に比べて、単結晶ＰＺＴ膜１５のアラインメント精度が向上する。したがって、実施の形態２においては、実施の形態１及び３に比べて、音響振動波の出力性能が向上する。
【0064】
上記以外に関して、実施の形態２は、実施の形態１と同じである。
【0065】
《３》実施の形態３
《３－１》構造
図３８は、圧電膜集積デバイス３００の構造を概略的に示す側面図である。図３９は、圧電膜集積デバイス３００の構造を概略的に示す上面図である。図４０は、図３９の圧電膜集積デバイスをＳ４０－Ｓ４０線で切る断面図である。
《３－１》構造
図３８は、圧電膜集積デバイス３００の構造を概略的に示す側面図である。図３９は、圧電膜集積デバイス３００の構造を概略的に示す上面図である。図４０は、図３９の圧電膜集積デバイスをＳ４０－Ｓ４０線で切る断面図である。
【0066】
実施の形態１では、単結晶ＰＺＴ膜１５及び単結晶ＡｌＮ膜２５の両方を、成長基板１１及び２０でそれぞれ成長させ、ＳＯＩ基板３３のＰｔ膜上に貼り付けたが、実施の形態３では、単結晶ＡｌＮ膜２５をＳＯＩ基板６０上でエピタキシャル成長させる。ＳＯＩ基板６０は、上面が（１１１）面よりなる。よって、実施の形態１の場合と同様の処理で、単結晶ＡｌＮ膜２５の単結晶をエピタキシャル成長させることが可能である。
【0067】
《３－２》製造方法
図４１は、圧電膜集積デバイス３００の製造方法を示すフローチャートである。図４２は、図４１のステップＳＴ３０１、ＳＴ３０２を示し、図４３は、図４１のステップＳＴ３０３を示し、図４４は、図４１のステップＳＴ３０８を示し、図４５は、図４１のステップＳＴ３０９を示す。
図４１は、圧電膜集積デバイス３００の製造方法を示すフローチャートである。図４２は、図４１のステップＳＴ３０１、ＳＴ３０２を示し、図４３は、図４１のステップＳＴ３０３を示し、図４４は、図４１のステップＳＴ３０８を示し、図４５は、図４１のステップＳＴ３０９を示す。
【0068】
先ず、図４２に示されるように、デバイス基板であるＳＯＩ基板６０の主面にＺｒＯ２膜２２、電極層としてのＰｔ膜２３を形成する（ステップＳＴ３０１）。次に、図４２に示されるように、Ｐｔ膜２３上に、ＳＲＯ膜２４、単結晶ＡｌＮ膜２５、Ｐｔ膜２６をエピタキシャル成長させて、ＳＲＯ膜２４と単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とからなるエピタキシャル成長膜を形成する（ステップＳＴ３０２）。次に、図４３に示されるように、単結晶ＡｌＮ膜２５を含むエピタキシャル成長膜の形状をエッチングにより所望の形状（例えば、円形状）にする（ステップＳＴ３０３）。次に、電極層としてのＰｔ膜２３をエッチングして、第１の電極としてのＰｔ膜３４ａ及び第２の電極としてのＰｔ膜３４ｂを形成する。
【0069】
次に、単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６からなる個片を保持部材としてのスタンプ８０で保持し、図４４に示されるように、犠牲層であるＳＲＯ膜１４をエッチングして、個片を剥がし、デバイス基板であるＳＯＩ基板６０上に移動して、貼り付ける（ステップＳＴ３０５～ＳＴ３０８）。ここでは、実施の形態１で説明した単結晶ＰＺＴ膜１５を別途形成したものを電極上に貼り付ける。貼り付ける際は、単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶方位を検査等で確認し、図２３に示されるように、単結晶ＰＺＴ膜１５の結晶方位と単結晶ＡｌＮ膜２５の結晶方位を揃うようにする。単結晶ＡｌＮ膜２５の方向は、ＳＯＩ基板６０上で固定されるので単結晶ＰＺＴ膜１５の貼り付け角度を調整する。また、図４３で示すエッチング工程の際に結晶方位を確認した後に実施の形態１と同じ方向となるようにマスクして圧電膜を形成してもよい。
【0070】
絶縁膜３５ａ及び３５ｂを形成し、配線膜（引出配線）３６ａ及び３６ｂで電極パターンに圧電膜の電極を接続する。その後、実施の形態１の場合と同様にＳＯＩ基板６０をエッチングして、図３８から図４０に示される圧電膜集積デバイス３００を製造する。
【0071】
《３－３》効果
実施の形態３においては、エピタキシャル成長させた単結晶ＡｌＮ膜２５のあるＳＯＩ基板６０上の電極に単結晶ＰＺＴ膜１５を貼り付けることにより、実施の形態１と同様に単結晶で高性能な圧電膜集積デバイス３００を得ることが可能となる。
実施の形態３においては、エピタキシャル成長させた単結晶ＡｌＮ膜２５のあるＳＯＩ基板６０上の電極に単結晶ＰＺＴ膜１５を貼り付けることにより、実施の形態１と同様に単結晶で高性能な圧電膜集積デバイス３００を得ることが可能となる。
【0072】
実施の形態３においては、実施の形態１に比べて、単結晶ＡｌＮ膜２５のアラインメント精度が向上する。したがって、実施の形態３においては、実施の形態１及び２に比べて、音響振動波の検出感度、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【0073】
上記以外に関して、実施の形態３は、実施の形態１又は２と同じである。
【0074】
《４》変形例１
変形例１の圧電膜集積デバイス５００は、ＳＯＩ基板３３上のＰｔ膜（第１の電極）３４ａ上に貼り付けられているエピタキシャル成長膜がＰｔ膜１１６と単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とから構成され且つＳＯＩ基板３３上のＰｔ膜（第２の電極）３４ｂ上に貼り付けられているエピタキシャル成長膜がＰｔ膜１２６と単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とから構成されている点が、Ｐｔ膜３４ａ上に貼り付けられているエピタキシャル成長膜が単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とから構成され且つＰｔ膜３４ｂ上に貼り付けられているエピタキシャル成長膜が単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とから構成されている実施の形態１に係る圧電膜集積デバイス１００と異なる。この点以外に関し、変形例１の圧電膜集積デバイス５００は、実施の形態１に係る圧電膜集積デバイス１００と同じである。
変形例１の圧電膜集積デバイス５００は、ＳＯＩ基板３３上のＰｔ膜（第１の電極）３４ａ上に貼り付けられているエピタキシャル成長膜がＰｔ膜１１６と単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とから構成され且つＳＯＩ基板３３上のＰｔ膜（第２の電極）３４ｂ上に貼り付けられているエピタキシャル成長膜がＰｔ膜１２６と単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とから構成されている点が、Ｐｔ膜３４ａ上に貼り付けられているエピタキシャル成長膜が単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とから構成され且つＰｔ膜３４ｂ上に貼り付けられているエピタキシャル成長膜が単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とから構成されている実施の形態１に係る圧電膜集積デバイス１００と異なる。この点以外に関し、変形例１の圧電膜集積デバイス５００は、実施の形態１に係る圧電膜集積デバイス１００と同じである。
【0075】
図４６は、Ｓｉ基板１１上のＺｒＯ２膜１２上に、Ｐｔ膜１３、ＳＲＯ膜１４、Ｐｔ膜１１６、単結晶ＰＺＴ膜１５、及びＰｔ膜１６を順にエピタキシャル成長させた状態を示す断面図である。図４７は、Ｓｉ基板２１上のＺｒＯ２膜２２上に、Ｐｔ膜２３、ＳＲＯ膜２４、Ｐｔ膜１２６、単結晶ＡｌＮ膜２５、及びＰｔ膜２６を順にエピタキシャル成長させた状態を示す断面図である。
【0076】
図４８は、変形例１の圧電膜集積デバイス５００の構造を概略的に示す断面図である。図４９は、図４８の圧電膜集積デバイス５００の構造を概略的に示す上面図である。図４８及び図４９において、図１から図４（実施の形態１）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４における符号と同じ符号が付されている。変形例１の圧電膜集積デバイス５００では、Ｐｔ膜１１６と単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とから構成されたエピタキシャル成長膜（図４６に示される）がＰｔ膜３４ａに貼り付けられ、Ｐｔ膜１２６と単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とから構成されたエピタキシャル成長膜（図４７に示される）がＰｔ膜３４ａに貼り付けられている。この点以外に関し、変形例１の圧電膜集積デバイス５００は、実施の形態１に係る圧電膜集積デバイス１００と同じである。
【0077】
なお、Ｐｔ膜１１６と単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とから構成されたエピタキシャル成長膜（図４６に示される）を、実施の形態２に係る圧電膜集積デバイス２００（図３０から図３２に示される）の単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とから構成されるエピタキシャル成長膜の代わりに用いることも可能である。また、Ｐｔ膜１２６と単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とから構成されたエピタキシャル成長膜（図４７に示される）を、実施の形態２に係る圧電膜集積デバイス２００（図３０から図３２、図４２から図４５に示される）の単結晶ＡｌＮ膜１５とＰｔ膜１６とから構成されるエピタキシャル成長膜の代わりに用いることも可能である。
【0078】
《５》変形例２
実施の形態に係る圧電膜集積デバイス１００、２００、３００及び音響振動センサ４００は、距離センサだけでなく、指紋センサ、静脈（脈波）センサ、などのような他のセンサとして利用可能である。
実施の形態に係る圧電膜集積デバイス１００、２００、３００及び音響振動センサ４００は、距離センサだけでなく、指紋センサ、静脈（脈波）センサ、などのような他のセンサとして利用可能である。
【0079】
また、単結晶ＰＺＴ膜１５と単結晶ＡｌＮ膜２５の対を、マトリクス状に配列した圧電膜集積デバイスによれば、検出対象物の面形状を検出することが可能である。
【符号の説明】
【0080】
１００、１００ａ、２００、３００、５００ 圧電膜集積デバイス、 ４００ 音響振動センサ、 １１、２１ 成長基板（単結晶Ｓｉ基板）、 １５ 単結晶ＰＺＴ膜（第１の単結晶圧電膜）、 １６ Ｐｔ膜（第３の電極）、 １４、２４ ＳＲＯ膜（配向膜）、 ２５ 単結晶ＡｌＮ膜（第２の単結晶圧電膜）、 ２６ Ｐｔ膜（第４の電極）、 ３１ ＳｉＯ２部、 ３２ 単結晶Ｓｉ部、 ３３、５０、６０ ＳＯＩ基板（基板）、 ３４ａ Ｐｔ膜（第１の電極）、 ３４ｂ Ｐｔ膜（第２の電極）、 ７１～７４ 穴、 １１６ Ｐｔ膜、 １２６ Ｐｔ膜。
【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】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】