▶ 沖電気工業株式会社の特許一覧 ▶ Ｉ－ＰＥＸ Ｐｉｅｚｏ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ株式会社の特許一覧
特開2023-148096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】P2023148096
(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 30/072 20230101AFI20231005BHJP
H04R 17/00 20060101ALI20231005BHJP
H04R 17/02 20060101ALI20231005BHJP
H04R 31/00 20060101ALI20231005BHJP
H10N 30/30 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/50 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/853 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/076 20230101ALI20231005BHJP
H10N 30/079 20230101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
H01L41/312
H04R17/00
H04R17/02
H04R31/00 Z
H04R17/00 330H
H01L41/113
H01L41/083
H01L41/187
H01L41/316
H01L41/319
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022055955
(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
5D019AA21
5D019BB02
5D019BB11
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（１００）は、基板（３３）と、基板（３３）上に設けられた電極（３４）と、第１の単結晶圧電膜（２５又は１５）とこれに重なる第１の電極膜（２６又は１６）とを有し、電極（３４）上に設けられた第１の圧電素子と、第２の単結晶圧電膜（１５又は２５）とこれに重なる第２の電極膜（１６又は２６）とを有し、第１の圧電素子上に設けられた第２の圧電素子とを有する。
【選択図】図１
【解決手段】圧電膜集積デバイス（１００）は、基板（３３）と、基板（３３）上に設けられた電極（３４）と、第１の単結晶圧電膜（２５又は１５）とこれに重なる第１の電極膜（２６又は１６）とを有し、電極（３４）上に設けられた第１の圧電素子と、第２の単結晶圧電膜（１５又は２５）とこれに重なる第２の電極膜（１６又は２６）とを有し、第１の圧電素子上に設けられた第２の圧電素子とを有する。
【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電極と、
第１の単結晶圧電膜と前記第１の単結晶圧電膜上に重なる第１の電極膜とを有し、前記電極上に設けられた第１の圧電素子と、
第２の単結晶圧電膜と前記第２の単結晶圧電膜上に重なる第２の電極膜とを有し、前記第１の圧電素子上に設けられた第２の圧電素子と、
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電極と、
第１の単結晶圧電膜と前記第１の単結晶圧電膜上に重なる第１の電極膜とを有し、前記電極上に設けられた第１の圧電素子と、
第２の単結晶圧電膜と前記第２の単結晶圧電膜上に重なる第２の電極膜とを有し、前記第１の圧電素子上に設けられた第２の圧電素子と、
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、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り、
前記第２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6】
前記第１の単結晶圧電膜は、前記電極の表面に平行な結晶面である（００１）面を持ち、
前記第１の圧電素子は、前記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３のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
前記第１の圧電素子は、前記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３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、
前記第１の圧電素子は、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３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、
前記第１の圧電素子は、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３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の圧電素子は、前記第１の電極膜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６又は７に記載の圧電膜集積デバイス。
前記第２の圧電素子は、前記第１の電極膜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６又は７に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項9】
前記第１の単結晶圧電膜は、前記電極の表面に平行な結晶面である（０００１）面を持ち、
前記第１の圧電素子は、前記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３のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
前記第１の圧電素子は、前記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３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（０００１）面を持ち、
前記第１の圧電素子は、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３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（０００１）面を持ち、
前記第１の圧電素子は、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３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２の単結晶圧電膜は、前記電極の表面に平行な結晶面である（００１）面を持ち、
前記第２の圧電素子は、前記第１の電極膜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９又は１０に記載の圧電膜集積デバイス。
前記第２の圧電素子は、前記第１の電極膜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９又は１０に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項12】
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１１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１１のいずれか１項に記載の圧電膜集積デバイス。
【請求項13】
請求項１から１２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の単結晶圧電膜及び前記第２の単結晶圧電膜の一方は、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１の単結晶圧電膜及び前記第２の単結晶圧電膜の他方は、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の単結晶圧電膜及び前記第２の単結晶圧電膜の一方は、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１の単結晶圧電膜及び前記第２の単結晶圧電膜の他方は、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14】
成長基板の第１の結晶面上に、第１の単結晶圧電膜と前記第１の単結晶圧電膜上に重なる第１の電極膜とを有する第１の圧電素子である第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の単結晶圧電膜と前記第２の単結晶圧電膜上に重なる第２の電極膜とを有する第２の圧電素子である第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第１のエピタキシャル成長膜を貼り付け、前記第１のエピタキシャル成長膜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の単結晶圧電膜と前記第２の単結晶圧電膜上に重なる第２の電極膜とを有する第２の圧電素子である第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第１のエピタキシャル成長膜を貼り付け、前記第１のエピタキシャル成長膜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15】
電極を有する基板の第１の結晶面上に、第１の単結晶圧電膜と前記第１の単結晶圧電膜上に重なる第１の電極膜とを有する第１の圧電素子である第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２の単結晶圧電膜上に重なる第２の電極膜とを有する第２の圧電素子である第２のエピタキシャル成長膜を成長させ、
前記第１のエピタキシャル成長膜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２の単結晶圧電膜上に重なる第２の電極膜とを有する第２の圧電素子である第２のエピタキシャル成長膜を成長させ、
前記第１のエピタキシャル成長膜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１４又は１５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１４又は１５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、２つの圧電膜を密着層を介して積層する圧電素子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１７―１３０７０１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、複数の圧電膜を重ねて配置した場合、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、単結晶圧電膜を有する２種類以上の圧電素子を重ねて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電極と、第１の単結晶圧電膜と前記第１の単結晶圧電膜上に重なる第１の電極膜とを有し、前記電極上に設けられた第１の圧電素子と、第２の単結晶圧電膜と前記第２の単結晶圧電膜上に重なる第２の電極膜とを有し、前記第１の圧電素子上に設けられた第２の圧電素子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、単結晶圧電膜を有する２種類以上の圧電素子を重ねて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37】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44】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45】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46】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３４上に設けられた下側の圧電素子である第１の圧電素子（２５、２６）と、第１の圧電素子上に設けられた上側の圧電素子である第２の圧電素子（１５、１６）とを有している。Ｐｔ膜２６は、第１の圧電素子（２５、２６）と、第２の圧電素子（１５、１６）との共通の電極としての役割を持つ。ただし、第２の圧電素子（１５、１６）は、Ｐｔ膜２６とは別の電極膜を備えてもよい。第１の圧電素子は、第１の単結晶圧電膜としての単結晶ＡｌＮ膜２５とこの上に重なる第１の電極膜としてのＰｔ膜２６とを有している。第２の圧電素子は、第２の単結晶圧電膜としての単結晶ＰＺＴ膜１５とこの上に重なる第２の電極膜としてのＰｔ膜１６とを有している。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２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。図示の例では、第１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の単結晶圧電膜より比誘電率が低く、より高い検出感度の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。
【0013】
なお、下側の圧電素子である第１の圧電素子が、第１の単結晶圧電膜としての単結晶ＰＺＴ膜とＰｔ膜とを有し、上側の圧電素子である第２の圧電素子が、単結晶ＡｌＮ膜とこの上に重なるＰｔ膜とを有してもよい。
【0014】
また、圧電膜集積デバイス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。
【0015】
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（キャビティ）が形成され、穴７１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。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。ＳＯＩ基板３３のＳｉ基板３０には、ＳｉＯ２部３１を露出させる穴７１が形成されている。穴７１は、単結晶ＰＺＴ膜１５又は単結晶ＡｌＮ膜２５の形状に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７１を通して音響振動波の反射波を検出する。
【0016】
第１の圧電素子の単結晶ＡｌＮ膜２５は、Ｐｔ膜３４の表面に平行な結晶面である（０００１）面を持ち、Ｐｔ膜３４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。第２の圧電素子の単結晶ＰＺＴ膜１５は、Ｐｔ膜３４の表面に平行な結晶面である（００１）面を持ち、第１の圧電素子のＰｔ膜２６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。Ｐｔ膜３４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。第１の圧電素子のＰｔ膜２６の表面と単結晶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。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。
【0017】
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。
【0018】
《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。
【0019】
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。
【0020】
「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。
【0021】
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。
【0022】
【表1】
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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＞方向が成長基板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、ＺｒＯ２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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
（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。
【0030】
《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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
「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。
【0034】
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。
【0035】
【表2】
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
《１－４》製造方法
単結晶Ｓｉの上面が（１００）面である成長基板１１に成膜した圧電素子であるＰＺＴエピタキシャル成長膜（単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６を含む）、単結晶Ｓｉの上面が（１１１）面である成長基板２１に成膜した圧電素子であるＡｌＮエピタキシャル成長膜（単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６を含む）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に成膜した圧電素子であるＰＺＴエピタキシャル成長膜（単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６を含む）、単結晶Ｓｉの上面が（１１１）面である成長基板２１に成膜した圧電素子であるＡｌＮエピタキシャル成長膜（単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６を含む）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。
【0043】
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を示す。図１５及び図１６は、図１１のステップＳＴ１０９を示す。図１７（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１のステップＳＴ１０５を示し、図１８（Ａ）及び（Ｂ）は、図１１のステップＳＴ１０６を示す。図１９及び図２０は、図１１のステップＳＴ１０７を示す。図２１は、図１１のステップＳＴ１０８を示し、図２２は、図１１のステップＳＴ１１０を示す。
【0044】
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の主面に電極としてのＰｔ膜３４を形成する。
【0045】
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及びＰｔ膜１６の形状をエッチングにより円形状にする（ステップＳＴ１０４）。
【0046】
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ＳＴ１０５）、図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、単結晶ＡｌＮ膜２５及びＰｔ膜２６の形状をエッチングにより円形状にする（ステップＳＴ１０７）。
【0047】
次に、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（すなわち、ＡｌＮエピタキシャル成長膜である圧電素子）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上に移動し（ステップＳＴ１０８）、図２１に示されるように、Ｐｔ膜３４上に単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６からなる個片（すなわち、エピタキシャル成長膜である圧電素子）を貼り付ける。
【0048】
次に、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（実施の形態１においては、第２の圧電素子）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、図２２に示されるように、デバイス基板であるＳＯＩ基板３３上に移動する（ステップＳＴ１０５）。
【0049】
次に、図２２に示されるように、単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６からなる個片（すなわち、エピタキシャル成長膜である圧電素子）をＰｔ膜２６上に貼り付ける（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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
《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。
【0053】
《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７２の形状を四角形などの円形以外の形状にしてもよい。穴７２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７２の形状を四角形などの円形以外の形状にしてもよい。穴７２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。
【0054】
《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上に重ねて貼り付けることで、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上に重ねて貼り付けることで、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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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、圧電素子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。
【0058】
《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。
【0059】
実施の形態１では、単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とを含むＡｌＮエピタキシャル成長膜を成長基板２１上で成長させて、ＳＯＩ基板３３のＰｔ膜３４上に貼り付け、単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とを含むＰＺＴエピタキシャル成長膜を成長基板１１上で成長させて、ＰＺＴエピタキシャル成長膜をＳＯＩ基板３３のＰｔ膜３４上に貼り付けられているＡｌＮエピタキシャル成長膜上に貼り付けた。または、実施の形態１では、ＳＯＩ基板３３のＰｔ膜３４上に貼り付けられているＰＺＴエピタキシャル成長膜上にＡｌＮエピタキシャル成長膜を貼り付けた。これに対し、実施の形態２では、ＰＺＴエピタキシャル成長膜をＳＯＩ基板５０上で成長させる。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、ＳＯＩ基板５０上にＰＺＴエピタキシャル成長膜をエピタキシャル成長させることが可能である。
【0060】
《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を示し、図３５は、図３３のステップＳＴ２０２を示す。図３６は、図３３のステップＳＴ２０７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を示し、図３５は、図３３のステップＳＴ２０２を示す。図３６は、図３３のステップＳＴ２０７を示す。
【0061】
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）。さらに、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ＳＴ２０１）。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ＳＴ２０２）。次に、電極層としてのＰｔ膜１３をエッチングして、電極としてのＰｔ膜３４を形成、及びＳＯＩ基板３０に配線層を形成する（ステップＳＴ２０３）。
【0062】
次に、単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６からなるＡｌＮエピタキシャル成長膜の個片（上側の圧電素子）を保持部材としてのスタンプ８０で保持し、犠牲層であるＳＲＯ膜２４をエッチングして、ＰＺＴエピタキシャル成長膜の個片を剥がし、図３６に示されるように、デバイス基板であるＳＯＩ基板５０上のＰＺＴエピタキシャル成長膜上に移動して、貼り付ける（ステップＳＴ２０４～ＳＴ２０７）。つまり、実施の形態１で説明した単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６とを有する圧電素子をＰｔ膜１６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の結晶方位とが揃うようにする。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３０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。
【0063】
【0064】
《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３４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３４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。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
《３》実施の形態３
《３－１》構造
図３７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３８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３９は、図３８の圧電膜集積デバイスをＳ３９－Ｓ３９線で切る断面図である。
《３－１》構造
図３７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３８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３９は、図３８の圧電膜集積デバイスをＳ３９－Ｓ３９線で切る断面図である。
【0068】
実施の形態１では、ＡｌＮエピタキシャル成長膜を成長基板２１上で成長させて、ＰＺＴエピタキシャル成長膜を成長基板１１上で成長させて、ＰＺＴエピタキシャル成長膜をＳＯＩ基板３３のＰｔ膜３４上に貼り付けられているＡｌＮエピタキシャル成長膜上に貼り付けた。または、実施の形態１では、ＳＯＩ基板３３のＰｔ膜３４上に貼り付けられているＡｌＮエピタキシャル成長膜上にＰＺＴエピタキシャル成長膜を、ＰＺＴエピタキシャル成長膜上にＡｌＮエピタキシャル成長膜を貼り付けた。これに対し、実施の形態３では、ＰＺＴエピタキシャル成長膜をＳＯＩ基板６０上で成長させる。ＳＯＩ基板６０は、上面が（１１１）面よりなる。よって、実施の形態３の場合と同様の処理で、ＳＯＩ基板６０上にＡｌＮエピタキシャル成長膜をエピタキシャル成長させることが可能である。
【0069】
《３－２》製造方法
図４０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４１は、図４０のステップＳＴ３０１を示し、図４２は、図４０のステップＳＴ３０２を示す。図４３は、図３３のステップＳＴ３０７を示す。
図４０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４１は、図４０のステップＳＴ３０１を示し、図４２は、図４０のステップＳＴ３０２を示す。図４３は、図３３のステップＳＴ３０７を示す。
【0070】
先ず、図４１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。さらに、Ｐｔ膜２３上にＳＲＯ膜２４、単結晶ＡｌＮ膜２５、Ｐｔ膜１６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ＳＴ３０１）。次に、図４２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ＳＴ３０２）。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３４を形成、及びＳＯＩ基板３０に配線層を形成する（ステップＳＴ３０３）。
【0071】
次に、単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６からなるＰＺＴエピタキシャル成長膜の個片（上側の圧電素子）を保持部材としてのスタンプ８０で保持し、犠牲層であるＳＲＯ膜１４をエッチングして、ＰＺＴエピタキシャル成長膜の個片を剥がし、図４３に示されるように、デバイス基板であるＳＯＩ基板６０上のＡｌＮエピタキシャル成長膜上に移動して、貼り付ける（ステップＳＴ３０４～ＳＴ３０７）。つまり、実施の形態１で説明した単結晶ＰＺＴ膜１５とＰｔ膜１６とを有する圧電素子をＰｔ膜２６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の結晶方位とが揃うようにする。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３９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。
【0072】
【0073】
《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とＰｔ膜２６とを有するＡｌＮエピタキシャル成長膜上に単結晶ＰＺＴ膜１５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と同様に複数の単結晶圧電膜によって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とＰｔ膜２６とを有するＡｌＮエピタキシャル成長膜上に単結晶ＰＺＴ膜１５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と同様に複数の単結晶圧電膜によって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。
【0074】
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。
【0075】
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。
【0076】
《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３４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とから構成され且つＰｔ膜２６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とから構成されている点が、Ｐｔ膜３４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とから構成され且つＰｔ膜３６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３４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とから構成され且つＰｔ膜２６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とから構成されている点が、Ｐｔ膜３４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とから構成され且つＰｔ膜３６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。
【0077】
図４４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４５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。
【0078】
図４６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４７は、図４６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４６及び図４７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４５に示される）がＰｔ膜３４に貼り付けられ、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４４に示される）がＰｔ膜２６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。
【0079】
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４４に示される）を、実施の形態２又は３に係る圧電膜集積デバイス２００又は３００（図３０から図３２、図３７から図３９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４５に示される）を、実施の形態２又は３に係る圧電膜集積デバイス２００又は３００（図３０から図３２、図３７から図３９に示される）の単結晶ＡｌＮ膜２５とＰｔ膜２６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。
【0080】
《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。
【0081】
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】
【0082】
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（電極膜）、 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（電極膜）、 ３１ ＳｉＯ２部、 ３２ 単結晶Ｓｉ部、 ３３、５０、６０ ＳＯＩ基板（基板）、 ３４ Ｐｔ膜（電極）、 ７１、７２ 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】